Реализация клиент серверной архитектуры в сети. Архитектурные особенности проектирования и разработки веб-приложений

5 Особенности и преимущества архитектуры "клиент/сервер"

Что же представляет собой архитектура клиент/сервер? В определенной степени ее можно назвать возвратом к модели "хост-компьютер + терминалы", так как ядром такой системы является сервер баз данных , представляющий собой приложение, осуществляющее комплекс действий по управлению данными - выполнение запросов, хранение и резервное копирование данных, отслеживание ссылочной целостности, проверка прав и привилегий пользователей, ведение журнала транзакций. При этом в качестве рабочего места может быть использован обычный персональный компьютер, что позволяет не отказываться от привычной рабочей среды (рис.5).

Рис.5. Этап 4: обработка данных в архитектуре "клиент/сервер"

В чем преимущества клиент-серверных информационных систем по сравнению с их аналогами, созданными на основе сетевых версий настольных СУБД?

Одним из важнейших преимуществ является снижение сетевого трафика при выполнении запросов. Например, при необходимости выбора пяти записей из таблицы, содержащей миллион, клиентское приложение посылает лает серверу запрос, который сервером компилируется, оптимизируется и выполняется, после чего результат запроса (те самые пять записей, а вовсе не вся таблица) передается обратно на рабочую станцию (если, конечно клиентское приложение корректно формулирует запросы к серверу). При этом нередко в первом приближении можно не задумываться, а есть ли во обще индекс, способный облегчить поиск нужных записей, - если он есть он будет использован сервером, если нет - запрос все равно будет выполнен, хотя, скорее всего, за большее количество времени.

Вторым преимуществом архитектуры "клиент/сервер" является возможность хранения бизнес-правил на сервере, что позволяет избежать дублирования кода в различных приложениях, использующих общую базу данных Кроме того, в этом случае любое редактирование данных, в том числе и редактирование нештатными средствами, может быть произведено только в рамках этих правил.

Кроме того, для описания серверных бизнес-правил, в наиболее типичных ситуациях (как в примере с заказчиками и заказами) существуют весьма удобные инструменты - так называемые CASE-средства (CASE означает Computer-Aided System Engineering), позволяющие описать подобные правила и создавать реализующие их объекты базы данных (индексы, триггеры), буквально рисуя мышью связи между таблицами, без какого бы то ни было программирования. В этом случае клиентское приложение будет избавлено от значительной части кода, связанного с реализацией бизнес-правил непосредственно в приложении. Отметим также, что часть кода, связанного с обработкой данных, также может быть реализована в виде хранимых проце дур сервера, что позволяет еще более "облегчить" клиентское приложение, г это означает, что требования к рабочим станциям могут быть не столь высоки. Это в конечном итоге удешевляет стоимость информационной системы даже при использовании дорогостоящей серверной СУБД и мощного сервера баз данных.

Помимо перечисленных возможностей современные серверные СУБД обладают многочисленными средствами управления пользовательскими привилегиями и правами доступа к различным объектам базы данных. Как правило, в базе данных хранятся сведения о ее пользователях, их паролях и привилегиях, а каждый объект базы данных, такой, как, например, таблица, принадлежит какому-либо пользователю. Владелец объекта может предоставить другим пользователям право тем или иным способом использовать объект (например, позволить читать из него данные какому-либо другому пользователю).

Некоторые серверные СУБД поддерживают так называемые роли, представляющие собой совокупность прав на доступ к тем или иным объектам базы данных. Это бывает удобно в случае большого количества пользователей с однотипными должностными обязанностями. Возьмем, к примеру, коммерческий банк . Очевидно, что операционистов такого банка может добавлять записи в таблицу, в которой хранятся сведения об операциях по счетам, но не должна редактировать план счетов банка, тогда как другие сотрудники банка в общем случае не должны вносить изменения в таблицу операций по счетам. В случае наличия в банке нескольких десятков операционисток имеет смысл, если данный сервер позволяет, определить соответствующую роль, описать для нее совокупность прав на объекты базы данных и раздать ее нужному контингенту пользователей.

Современные серверные СУБД обладают также широкими возможностями резервного копирования и архивации данных, а нередко и" оптимизации выполнения запросов. Они также, как правило, предоставляют возможность параллельной обработки данных, особенно в случае использования многопроцессорных компьютеров в качестве сервера баз данных.

Итак, клиент-серверная информационная система состоит в простейшем случае из трех основных компонентов:

Сервера баз данных, управляющего хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, отслеживающего целостность данных в соответствии с бизнес-правилами и, самое главное, выполняющего запросы клиента;

Клиента, предоставляющего другим клиентам интерфейс пользователя, выполняющий логику приложения, проверяющий допустимость данных, посылающий запросы к серверу и получающий ответы от него;

Сети и коммуникационного программного обеспечения , осуществляющего взаимодействие между клиентом и сервером посредством сетевых протоколов.

Есть и более сложные реализации архитектуры "клиент/сервер", например трехуровневые информационные системы с использованием сервере приложений, а также информационные системы, использующие Web-сервер, под управлением которого выполняются приложения, доставляющие данные в Web-браузер пользователя.

1.6. Компоненты системы

Клиент

Компьютер-Клиент является входной точкой конечного пользователя в среду клиент-сервер. Для этого рабочая станция должна быть довольно хорошими вычислительными возможностями и быть способной делать запросы общих ресурсов системы. Клиент использует ресурсы, предоставляемые ему одним или более серверов-обработчиков. Клиент является активным членом этой связки - отправляет запросы и получает ответы. Компьютер- клиент в данном случае относится к конкретному пользователю. В некоторых случаях сама рабочая станция может функционировать как клиент, а в некоторых - как сервер. Клиент может быть как на базе Intel 386, так и на мощном RISC процессоре. Эти рабочие станции работают под графическим пользовательским интерфейсом GUI и перед пользователем предстают в не отличающемся друг от друга виде. Взаимодействуя с пользователем, клиент эффективно скрывает сервер и сеть от пользователя, что создает иллюзию целостности приложения и независимости от всех остальных процессов, машин или сетей.

Сервер

Сервер выполняет ряд заданий для многочисленных клиентов. Суть его функционирования в обработке множественных и зачастую спонтанных запросов клиентов. Тем не менее, сервер должен обеспечивать многозадачность и совместный доступ к памяти. Программное обеспечение операционной системы на сервере выполняет те же функции, что и на компьютере-клиенте (например, обработка прерываний и связь), а так же физические процессы записи-чтения данных. Серверы обеспечивают работу программ, обработку баз данных и файлов, печать, факс-передачу, связь, системы ограничения доступа и систему управления сетью. Сервер довольно специфичен, т. е. выполняет определенные заранее функционально связанные процессы.

Сеть

Суть сети системы к/с - в ее неразрывности с внешней средой. Сеть соединяет рабочие станции общими ресурсами и является системой, в которой передаются данные. Сети могут быть классифицированы по их географической протяженности. Локальные сети обслуживают отдельные 1| строения или несколько отдельно стоящих зданий (к примеру, студ. городок). Городские сети обслуживают целые города или метрополии. Далее идут областные и республиканские сети.

Приложения

Программное обеспечение связывает воедино остальные три компонента архитектуры. Основной отличительной чертой является наличие возможностей обработки данных, физически распределяющих их между клиентом и сервером, но для пользователя представляющего единое целое (так называемая совмещенная обработка).

Есть два различного рода программного обеспечения для технологии клиент-сервер. Программное обеспечение, установленное на сервере (back-end tool), обеспечивает сбор, хранение и обработку данных. Примером подобных программ может служить Oracle, Sybase и Ingres.

Программное обеспечение на компьютере-клиенте (front-end application, фронтальное, предварительной обработки данных) более интерактивное, простое в использовании и более дружественное к пользователю. В качестве примера можно привести такие программы, как Developer 2000, Power Builder и Designer 2000.

С ростом популярности технологии к/с на рынке появилось много фирм-производителей соответствующего ПО. Это не могло не привести к хаосу и беспорядку. По мере роста хаоса были выработаны правила, обязующие разработчиков следовать определенным стандартам. В этих стандартах отражено требование совместимости программного обеспечения, используемого на фронтальных машинах и машинах баз данных.

Каждая машина обработки данных имеет свое фронтальное программное обеспечение. Для Oracle это Developer 2000, а для Sybase – Power Builder. Особенностью системы является то, что каждый фронтальный компьютер может общаться с компьютером базы данных. Так, в случае базы данных Oracle, может использоваться приложение Power Builder с небольшими изменениями.

1.6.1 Соберем все части вместе

Система клиент-сервер - это гармоничная композиция трех отдельных технологий, работающих в неразрывной связке, чтобы обеспечить эффективное хранение и быстрый доступ к данным.

Программное обеспечение на компьютере клиенте, так называемое фронтальное ПО, отвечает за экран и ввод-вывод информации пользователем. Программное обеспечение на сервере несет ответственность за обработку введенной информации и доступ к дискам данных. К примеру, пользователь на машине-клиенте создает запрос данных в базе, фронтальная программа посылает данный запрос через сеть к серверу. Сервер базы данных проводит поиск, и отправляет обратно соответствующие запросу данные (см. устройство системы на рис.6).

Рис.6. Устройство системы «клиент-сервер»

1.7 Многозвенные информационные системы Internet

Распределенные информационные системы представляют собой следующий этап развития архитектуры информационных систем. Потребность в ни появляется при дальнейшем укрупнении информационных систем, связанное с увеличением количества пользователей, появлением удаленных филиалов необходимостью в централизованном хранении и обработке данных. В случае большого числа пользователей возникают проблемы своевременной и синхронной замены версий клиентских приложений на рабочих станция (особенно в случае территориальной разбросанности предприятия), проблемы поддержания настроек, а также перегрузки сети и сервера баз данных.

Эти проблемы решаются путем создания многозвенных информационных систем с "тонким" клиентом (рис.7).

В этом случае проблема поддержки настроек решается за счет переноса и на промежуточное звено (такое программное обеспечение носит название middleware), называемое сервером приложений. На него же можно возложит и другие функции, например проведение расчетов, обработку данных, генерацию отчетов. Соответственно эти же функции изымаются из клиентского приложения, поэтому снижаются требования, как к ресурсам рабочей станции так и к частоте обновления самого клиентского приложения. При разумном распределении функций между сервером приложений и клиентом последний, обычно содержит лишь функциональность, связанную с предоставлением пользователю интерфейса для просмотра и редактирования. По этой причине обычно называется "тонким" клиентом (в отличие от классического "толстого клиента, характерного для традиционной архитектуры "клиент/сервер").

Что касается своевременного обновления версий "тонкого" клиента, эта проблема нередко решается путем поставки приложений с помощью технологий, применяемых в Internet (использование Web-серверов, Web-браузеров, Internet-протоколов). Если речь идет о сети масштаба предприятия, в которой используются для корпоративных целей подобные технологии, то обычно употребляется термин intranet.

Рис.7. Этап 5: обработка данных в многозвенной архитектуре

Наиболее распространенными на сегодняшний день способами поставки "тонких" клиентов с помощью таких технологий являются копирование или установка приложений с Web-сервера, и как один из вариантов - копирование компонента ActiveX, полностью реализующего функциональность "тонкого" клиента, с целью отображения его в браузере.

Говоря об использовании Internet/Intranet, нельзя не остановиться на возможностях создания приложений для Web-серверов. Такие приложения, с одной стороны, могут являться клиентами серверных СУБД, а с другой стороны, обычно генерируют динамические HTML-страницы (в том числе с данными из этих СУБД) по запросу клиентского приложения, роль которого в данном случае выполняет Web-браузер (называемый в этом случае "ультратонким" клиентом, рис.8). Отметим, что в последнее время такие приложения получают все большее распространение.

Рис.8. Принципы работы Web-приложения

1.8 Зачем нужны многозвенные информационные системы

Информационные системы, созданные на основе классической архитектуры "клиент/сервер", называемые двухзвенными системами или системами с "толстым" клиентом, состоят из сервера баз данных, содержащего сгенерированные тем или иным способом таблицы, индексы, триггеры и другие объекты, реализующие бизнес-правила данной информационной системы, и одного или нескольких клиентских приложений, предоставляющих интерфейс пользователя и производящих проверку допустимости и обработку данных, согласно содержащимся в них алгоритмам. Если говорить о клиентских приложениях, созданных для доступа к источникам данных они применяют вызовы функций прикладных программных интерфейсов клиентских частей соответствующих серверных СУБД. Эти вызовы осуществляются например посредством использования библиотеки Borland Database Engine (BDE), хотя в целом это не является обязательным (например, некоторые пользователи Oracle непосредственно вызывают функции Oracle Call Interfase в своих приложениях). Соответственно подобное клиентское приложение требует наличия на компьютере Конечного пользователя клиентской части применяемой серверной СУБД (и наличия лицензии на ее использование) и присутствия в оперативной памяти набора динамически загружаемых библиотек как из клиентской части, так и из ВDE (либо иной заменяющей ее библиотеки), таких, как драйверы баз данных, библиотеки, содержащие функции API клиентских частей и др. При использовании доступа посредством ООВС требуется также наличие на рабочей станции соответствующего ODBC-драйвера и ODBC администратора. Это усложняет технические требования, предъявляемые аппаратной части клиентской рабочей станции, и в конечном итоге приводит к удорожанию всей системы в целом (рис.9).

Другим фактором, приводящим к удорожанию эксплуатации информационной системы, является необходимость инсталляции и конфигурации BDE, ODBC и клиентской части серверной СУБД, что нередко является весьма трудоемким процессом, особенно при большом количестве и неоднородном парке рабочих станций. Отметим, что при создании дистрибутива клиентского приложения, как правило, можно включить в него BDI, но в подавляющем большинстве случаев в него нельзя включить клиентскую часть серверной СУБД, так как она должна быть установлена в соответствии с правилами, указанными в лицензионном соглашении производителя серверной СУБД.

Есть и еще один немаловажный фактор: чем сложнее конфигурация, обеспечивающая доступ к данным рабочей станции, тем чаще происходят нарушения в ее работе. По данным некоторых западных источников, переконфигурация и сопровождение программного обеспечения, позволяющего рабочим станциям получить доступ к данным, приводит в среднем к четырем дням простоя рабочей станции в год.

Имеется еще один фактор, напрямую связанный с немалой популярностью средств разработки, использующих BDE. На сегодняшний день как на российском, так и на мировом рынке имеется немалое количество различных программных продуктов (в особенности энциклопедий и справочников), при инсталляции которых устанавливается и BDE. В этом случае нет никакой гарантии, что версия BDE, входящая в комплект поставки такого продукта, окажется новее, чем используемая в корпоративной информационной системе, и что программа установки не перепишет файл конфигурации BDE, заменив его своим (это, конечно, противоречит правилам создания дистрибутивов, но такие случаи время от времени случаются даже с неплохими коммерческими продуктами). И то и другое обычно приводит к нарушению работоспособности программного обеспечения, предоставляющего доступ к данным.

Рис.-9. Классическое клиентское приложение («толстый» клиент).

Выходом из этой ситуации является создание систем с так называемым "тонким" клиентом, в частности с клиентом, не содержащим в своем составе BDE и клиентскую часть серверной СУБД. В этом случае функциональность, связанная с доступом к данным (а нередко и какая-либо иная функциональность), возлагается на другое приложение, называемое обычно сервером приложений и являющееся клиентом серверной СУБД. В свою очередь, клиентские приложения обращаются не непосредственно к серверной СУБД с помощью вызова функций клиентских API, а к серверу приложений, являющемуся для них источником данных, при этом собственно клиентская часть серверной СУБД и библиотеки типа BDE на рабочей станции, где используется такое клиентское приложение, присутствовать не обязаны. Вместо них (например) применяется одна-единственная динамически загружаемая библиотека. Таким образом, созданная информационная система становится трехзвенной, а сервер приложений является средним звеном в цепи "тонкий клиент - сервер приложений - сервер баз данных" и, соответственно, относится к классу продуктов middleware (рис.10).

Рис.10. Решение проблем: "тонкий" клиент и сервер приложении

Как может быть практически реализована данная технология? С одно стороны, с помощью набора компонентов и классов, обеспечивающих создание серверов приложений и клиентских частей, а с другой стороны, с помощью MIDAS, позволяющего осуществлять запуск удаленных серверов приложений, осуществлять межреестровый обмен сведениями об OLE-серверах и оптимизировать нагрузку в случае использования нескольких серверов приложений. В данной главе будут рассмотрены простейшие практические примеры реализации подобной трехзвенной системы.

1.9 ТЕРМИНОЛОГИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СУБД

В этом разделе в общих чертах описываются специфичные термины, которые используются в книге и касаются взаимодействия компонентов и программ. Такое взаимодействие неизбежно для распределенных СУБД, поэтому, если вы собираетесь разрабатывать только локальные СУБД, можете пропустить этот раздел.

На сегодняшний день существуют три параллельно развивающиеся и конкурирующие технологии взаимодействия объектов и программ: MIDAS (Multitier Distributed Application Srevices Suite), СОМ (Common Object Model - компонентная модель объектов) корпорации Microsoft, CORBA (Common Object Require Broken Architecture - архитектура с поставщиком требуемых общих объектов) независимой группы OMG. Основные принципы этих технологий и использующиеся в них термины описываются ниже.

1.10 Технология MIDAS

Midas (Multitier Distributed Application Srevices Suite) - новый продукт компании Inprise (Borland), предназначенный для эксплуатации сервера приложений, созданных с помощью C++ Builder 3 и Delphi 3. Этот продукт расширяет возможности, предоставляемые разработчикам технологией Microsoft DCOM (Distributed Component Object Model). Этот продукт позволяет обеспечить высокую производительность, надежность и защиту от сбоев при эксплуатации подобных систем.

Архитектура трехзвенной информационной системы, построенной с использованием MIDAS, представлена на рис. 11.

Рис.11. Архитектура трехзвенной информационной системы с использованием MIDAS

Рассмотрим, что представляют собой технологии, используемые в MIDAS.

Remote Data Broker позволяет создавать распределенные трехзвенные информационные системы, состоящие из серверной СУБД, среднего звена и "тонкого" клиента, при этом среднее звено может в общем случае состоять из нескольких серверов приложений и функционировать на нескольких компьютерах. Заметим, что "тонкий" клиент (пример создания которого был рассмотрен выше) представляет собой приложение, не содержащее бизнес-правил, а лишь предоставляющее интерфейс пользователя.

Источником данных для "тонкого" клиента является сервер приложений, получающий от клиента запросы на выборку или изменение данных. При получении такого запроса сервер приложений обращается к серверу баз данных, клиентом которого он является, со своим собственным запросом. Получив от сервера результат выполнения собственного запроса, сервер приложений передает данные клиенту.

Компонент для хранения данных, полученных от сервера приложений, в кэше клиента и обладает как навигационными методами, так и методами, осуществляющими редактирование данных. Кроме того, этот компонент обладает методами позволяющими сохранять данные из кэша в файле и восстанавливать их оттуда, реализуя так называемую "briefcase model"- модель обработки данных, основанную на том, что "тонкий" клиент осуществляет редактирование данных по большей части при отсутствии соединения с сервером, используя лишь кэш или локальные внешние устройства, и лишь иногда соединяется с сервером приложений для передачи ему измененных данных с целью дальнейшей обработки.

Как только клиент получает набор данных от сервера приложений, этот набор может быть использован компонентом, который наряду с другими компонентами, а также поддерживающими их функционирование библиотеками составляет клиентскую часть Remote Data Broker.

Отметим, что Remote Data Broker предоставляет разработчикам широкие возможности для решения характерных для многопользовательского доступа к данным проблем, связанных с попытками одновременного редактирования несколькими пользователями одних и тех же данных. В данном случае механизм блокировок, применяемый в традиционной двухзвенной модели "клиент/сервер", может оказаться неэффективным или даже неприемлемым, так как промежуток времени между редактированием записи и сохранением ее в базе данных может быть весьма длительным. Поэтому при попытке сохранения сервером приложений измененной записи в базе данных производится поиск изменяемой записи либо по ключевому полю, либо по всем полям в зависимости от значения свойства ответственного за этот процесс компонента на сервере приложений и сравнение всех полей изменяемой записи с исходными значениями (т. е. теми, которые были в кэше клиента на момент получения этой записи с сервера до того, как пользователь изменил в кэше эту запись). Если какие-либо поля за время между получением оригинала записи клиентом и попыткой сохранить изменения были модифицированы другим пользователем, запись может быть передана обратно в клиентское приложение для дальнейшей обработки пользователем.

Отметим также, что удаленные модули данных (объекты Remote Data Module), входящие в состав серверной части Remote Data Broker, позволяют предоставить DCOM-интерфейс для| соответствующих объектов, делая их управляемыми извне и превращая, таким образом, сервер приложений в DCOM-сервер. Осуществляется такая публикация объектов путем выбора опции экспорта из удаленного модуля данных та контекстного меню соответствующего компонента при разработке сервера приложений.

Business Object Broker осуществляет для "тонкого" клиента поиск нужного сервера приложений среди доступных извне серверов, опубликованных в глобальном реестре - global registry, представляющем собой открытые части реестров компьютеров, содержащих серверы приложений. Применяется он в случае, когда требуется дублирование серверов приложений и возможность при сбое работы используемого сервера приложений подключить Клиентское приложение к другому серверу, либо при необходимости равномерного распределения клиентов по серверам приложений. Еще одной важной составляющей частью MIDAS является ConstraintBroker, дающий возможность использовать бизнес-правила сервера баз данных "тонким" клиентом. Обычно при проектировании баз данных бизнес-правила и правила ссылочной целостности реализуются в виде объектов базы данных, таких, как индексы, триггеры, хранимые процедуры. Такой подход к проектированию данных позволяет использовать эти объекты различными клиентскими приложениями без написания дополнительного кода.

В случае классической двухзвенной клиент-серверной информационной системы при изменении данных клиентское приложение пытается отправить измененную запись на сервер, а сервер, в свою очередь, пытается сохранить ее в базе данных, начав соответствующую транзакцию. Если запись не удовлетворяет условиям ссылочной целостности, определенным на сервере, производится откат транзакции и сервер возвращает клиентскому приложению сообщение об ошибке, после чего пользователь должен будет корректировать предназначенные для сохранения данные. Если подобные случаи происходят часто, это приводит к перегрузке сети и увеличению времени отклика сервера.

Чтобы уменьшить количество отправляемых на сервер некорректных записей, иногда часть бизнес-правил воспроизводят в клиентском приложении. В этом случае частичный контроль соответствия записи бизнес-правилам производится без обращения к серверу, но возможность отправки некорректной записи все же сохраняется, так как обычно код, содержащийся в хранимых процедурах и триггерах, в клиентских приложениях не воспроизводится. Кроме того, при изменении бизнес-правил такое приложение требует внесения в него изменений, что влечет за собой трудозатраты, связанные с установкой и конфигурацией новой версии на рабочих станциях.

При использовании ConstraintBroker эта проблема решается по-другому. В этом случае Remote Data Broker не только доставляет данные клиентскому приложению, но и обращается к словарю данных сервера приложений с целью получения ограничений сервера и передачи их клиенту. Соответственно при попытке передачи записи на сервер приложений анализ соответствия записи правилам сервера производится непосредственно в клиентском приложении без обращения к серверу баз данных, что снижает загрузку серверов и сети. Отметим, что при изменении бизнес-правил следует внести соответствующие изменения в словарь данных сервера приложений, что можно сделать с помощью входящей в состав MIDAS утилиты, позволяющей помимо этого вносить серверные ограничения, создавать и изменять таблицы, индексы, триггеры, хранимые процедуры, правила ссылочной целостности на сервере баз данных.

Таким образом, использование технологии MIDAS позволяет создавать многозвенные информационные системы с "тонким" клиентом, не нуждающимся в инсталляции и настройке, обеспечивая защиту от сбоев в работе серверов приложений, а также снижение загрузки серверов и сети за счет переноса бизнес-правил и серверных ограничений в клиентское приложение вместе с данными.

Помимо перечисленных очевидных преимуществ трехзвенной архитектуры MIDAS также предоставляет разработчикам дополнительные возможности повышения надежности созданной информационной системы. Например, при наличии в сети нескольких однотипных серверов приложений Сбой одного из них приведет к распределению подключенных к нему "тонких" клиентов по другим серверам - это сделает Business Object Broker. Он же обеспечивает и равномерную загрузку серверов приложений клиентскими соединениями.

Но это еще не все. Именно трехзвенная архитектура позволяет реально осуществить централизацию хранения и обработки данных с одновременным доступом к актуальной информации I случае, когда рабочая станция находится на значительном расстоянии от сервера приложений исключающем прокладку локальной сети, так как доступ к серверу приложений может осуществляться » иными способами, такими, как модемное соединение или доступ через Internet. Требования к надежности такого соединения невысоки, так как при использовании подобной архитектуры активно применяется кеширование данных на рабочей станции, и при этом применение ConstraintBroker позволяет проверять соответствие изменяемых данных правилам сервера непосредственно на рабочей станции, поэтому применение "тонких" клиентов и серверов приложений, управляемых MIDAS, является одним из решений для территориально разбросанных предприятий, организаций с удаленными филиалами, в том числе в других городах и странах.

1.11 Технология СОМ

Технология СОМ разрабатывается корпорацией Microsoft и предназначена для того, чтобы одна программа (клиент) смогла заставить работать объект, являющийся частью другой программы (частью сервера), так, как если бы этот объект был частью клиента, причем обе программы в общем случае могут быть расположены на разных компьютерах (в том числе - находящихся в разных частях света), написаны на разных языках и исполняться под управлением разных операционных систем. Более того, сами компьютеры могут быть разного типа - например, IBM-совместимый ПК и рабочая станция SUN.

Ключевым аспектом СОМ является так называемый интерфейс. Интерфейс имеет уникальный идентификатор и набор параметров, описывающих методы, события и свойства общего объекта. Идентификатор интерфейса ID (Interface Identifier) является частным случаем GUID (Global Unique Identifier - глобально уникальный идентификатор). В состав Windows32 включены функции, генерирующие GUID, причем вероятность совпадения двух GUID ничтожно мала. Параметры интерфейса в общем случае описывают некоторый класс с идентификатором CLSID (Class ID реализуется как GUID), т. е. типы и имена используемых в нем полей, количество и типы параметров обращения к доступным методам и свойствам, имена методов и свойств и т. д. Получив интерфейс внешнего СОМ-объекта, клиент может его использовать так же, как свои собственные объекты. Любой СОМ-объект имеет интерфейс IUnknow, с помощью которого он может получить доступ к основному интерфейсу объекта.

Сервер СОМ представляет собой исполняемую программу или DLL, содержащую один или несколько объектов СОМ.

В зависимости от местоположения клиента и сервера возможны три варианта:

Клиент и сервер располагаются на одной машине и запускаются в одном процессе (именно так взаимодействует программа Delphi с компонентами ActiveX)", в этом случае сервер представляет собой DLL; клиент и сервер располагаются на одной машине, но запускаются в разных процессах (например, таблицы Exel вставлены в документ Word); в этом случае сервер представляет собой программу;

Клиент и сервер располагаются на разных машинах; сервером может быть как программа, так и DLL, используется распределенный вариант СОМ, который называется DСОМ (DСОМ).

В первом случае клиент с помощью интерфейса объекта непосредственно обращается к методам объекта в своем собственном адресном пространстве (рис.12).

Рис.12 Взаимодействие клиента и сервера в одном процессе.

Если сервер запускается в другом процессе или на другой машине, между объектом и клиентом располагаются два посредника - Proxy (уполномоченный) и Stub (заглушка) (рис.13). Клиент помещает параметры вызова в стек и обращается к методу интерфейса объекта. Однако это обращение перехватывает Proxy, упаковывает параметры вызова в пакет СОМ и направляет его в Stub другого процесса, возможно, на другой машине. Stub распаковывает параметры, помещает их в стек и делает вызов нужного метода объекта. Таким образом, метод объекта выполняется в собственном адресном пространстве процесса сервера.

1.12 Технология CORBA

Подобно СОМ, в CORBA активно используется интерфейс объекта. Главным отличием CORBA от СОМ является интегрированный в нее слой, реализующий доступ к удаленным объектам.

В соответствии с этой технологией схема взаимодействия клиента и сервера выглядит следующим образом (рис.14).

На машине клиента создаются два объекта-посредника: Stub (заглушка) и ORB (Object Require Broker - брокер требуемого объекта). Stub выступает как полномочный представитель объекта: с помощью интерфейса объекта клиент обращается к Stub так, как если бы это был сам объект.

Рис.13. Взаимодействие клиента и сервера в разных процессах.

Рис. 14. Взаимодействие клиента и сервера в CORBA.

Получив вызов метода, Stub транслирует этот вызов объекту ORB, который посылает в сеть широковещательное сообщение. На это сообщение откликается один из объектов Smart Agent((«умный» агент), установленный в сетевом окружении клиента (как в локальной сети, так и в Internet). Smart Agent моделирует сетевой каталог, в котором зарегистрированы известные ему серверы объектов. Он отыскивает нужный сетевой адрес сервера и передает запрос объекту ORB на машине сервера. Заметим, что обмен данными между ORB (клиента и сервера) и Smart Agent осуществляется с использованием специального протокола UDP, который более бережно использует сетевые ресурсы, чем протокол ТСР. Через ВОА (Basic Object Adapter - базовый объектный адаптер) данные получает особый объект сервера, который называется Skeleton (скелет). Skeleton помещает параметры вызова в стек адресного пространства объекта и реализует собственно вызов. Роль объекта ВОА заключается в фильтрации обращений к объекту сервера: с помощью его методов сервер через Skeleton может объявить некоторые свои поля и свойства доступными только для чтения иди вовсе срытыми от данного клиента. (Поскольку в рамках технологии данные, которыми обмениваются клиент и сервер, рассматриваются просто как цепочки байт, клиент должен поместить в буфер вызова свой авторизованный ключ в системах, защищенных от «посторонних» клиентов.)

«Изюминкой» CORBA является способ описания интерфейса объекта. Для этих целей разработан специальный язык IDL (Interface Definition Language - язык описания интерфейса), очень напоминающий язык С++. После описания интерфейса в терминах этого языка компилятор IDL автоматически создает объекты Stub и Skeleton. Обмен информацией об интерфейсе между разработчиками осуществляется в терминах языка высокого уровня, в то время как компилятор описания интерфейса переводит его текст в машинные инструкции конкретного компьютера (клиента или сервера). В результате достигается высокая степень независимости обмена данными от аппаратных средств клиента и пользователя.

Для реализации технологии в сетевом окружении клиента должен существовать хотя бы один Smart Agent. Если обмен данными осуществляется в локальной сети офиса, Smart Agent устанавливается на головную машину (на файл-сервер или машину с SQL-сервером), а при обмене данными по Internet - на одном из ее узлов. При создании сервера осуществляется автоматическая регистрация объектов в одном или нескольких Smart Agent. Таким образом, Smart Agent «знает», по каким сетевым адресам расположены его серверы. Это позволяет системе повысить свою надежность: если в одном из серверов произошел сбой, Smart Agent повторит вызов и при повторном сбое переключится на другой сервер.

1.13 Некоторые выводы

Таким образом, архитектура "клиент/сервер" обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционной архитектурой информационных систем, основанных на сетевых версиях настольных СУБД: более высокой производительностью, более низким сетевым графиком, улучшенными средствами обеспечения безопасности и целостности данных, возможностью задания бизнес-правил.

Отметим также, что существуют возможности совершенствования клиент-серверных систем путем перехода к многозвенной архитектуре с "тонким" клиентом либо, в случае необходимости, к приложениям для Web-серверов.

1.14. Применение систем Клиент/Сервер

Применение систем клиент-сервер в основном сконцентрировано в:

Банковском деле;

Системе продаж авиа билетов;

Сети Интернет.

Банковское дело

Все мы хорошо знакомы с основными банковскими операциями . Вот они:

2. Размещение и снятие с депозита наличных и безналичных денег ;

3. Предоставление займов;

4. Инвестиции;

5. Следование инструкциям банковского клиента.

Это лишь некоторые из многих функций, исполняемых банком в наши дни. Глобализация экономики привела к широкому распределению филиалов банков по стране. Так, например, у клиента банка открыт счет в Нью-Йорке, а оплатить чек он желает в Лос-Анджелесе, или получить наличными из банкомата во Флориде.

Возможности, о которых мы ранее могли только мечтать, стали реальностью с появлением архитектуры клиент-сервер. Как это выглядит сейчас. Вкладчик, открывший счет в Лос-Анджелесе, хочет снять деньги во Флориде. Он находит ближайший филиал во Флориде и снимает деньги при помощи банковской машины.

Как происходит перевод?

После того, как пользователь вводит номер счета, локальный терминал передает запрос по номеру и сумму счета к узловому компьютеру. Сервер сличает номер счета и проверяет достаточность баланса. Если на счету достаточно денег, с него снимается нужная сумма, и новый баланс «прописывается» на сервере. Это способ проплаты платежей между локальным терминалом и сервером.

Система продаж авиабилетов

Сегодня, например, можно заказать в Коннектикуте билеты на рейс компании TWA из Нью-Йорка через Санкт Луис в Сан-Франциско. Это стало возможным благодаря комбинированным технологическим усилиям сконфигурированных по типу клиент-сервер сетей и баз данных.

По мере того, как необходимо купить билет на самолет из Нью-Йорка в Санкт Луис, из Санкт Луиса в Сан-Франциско, резервируется место для путешественника. Преимущество данной системы в том, что на запрос, сделанный пассажиром из Нью-Йорка о состоянии его заказа, будет выдан ответ на терминал покупки именно о его билетах.

Интеренет

Интернет - это наиболее яркий пример организации системы по типу клиент-сервер. Интернет можно назвать широчайшей подборкой различного материала, доступ к которому можно получить в любой точке мира. Некоторое время назад доступ к ней могли получить те, кто точно знал, где она расположена. Архитектура к/с сделала ее общедоступной.

Известно, что Интернет представляет собой совокупность малых сетей, расположенных по всему миру. Для того, чтобы все сети могли понимать друг друга, необходимо, чтобы они изъяснялись на одном и том же языке, названном ТСР/IР. Вне зависимости от географического расстояния и платформы становится возможным клиентским и серверным машинам разговаривать друг с другом.

Давайте посмотрим, почему Мировая Паутина (WWW) может быть названа наиболее популярным программным приложением к/с в сети Интернет.

Предположим, WWW является подборкой множества страниц информации различного рода - спорт, религия, технология, театр, искусство, музыка, и все это хранится на компьютере. Такой содержащий информацию компьютер называется Веб Сервером. Компьютер-клиент по запросу пользователя обращается к серверу, и запрос этот производится при помощи программы-броузера. Броузер показывает содержимое сервера в форме списка, очень похожего на оглавление книги. Пользователь может выбрать то, что он желает, и запрашивает это на сервере. Сервер выдает именно ту информацию, по которой был запрос.

1.15. Примеры развития серверов индивидуальных баз данных

Так как их главные функции остаются теми же, индивидуальные серверы баз данных различаются в зависимости от области применения. Некоторые из этих различий приведены ниже:

Совместимость между собой;

Оптимизация и производительность;

Контроль за целостностью данных;

Обработка переводов;

Конкурентоспособность, защита от зависаний и контроль многопользовательского доступа;

Защита от несанкционированного доступа и проверка подлинности клиента;

Резервирование, восстановление данных и другие функции базы.

Ключевым отличием архитектуры клиент-сервер от архитектуры файл-сервер является абстрагирование от внутреннего представления данных (физической схемы данных). Теперь клиентские программы манипулируют данными на уровне логической схемы.

Итак, использование архитектуры клиент-сервер позволило создавать надежные (в смысле целостности данных) многопользовательские ИС с централизованной базой данных, независимые от аппаратной (а часто и программной) части сервера БД и поддерживающие графический интерфейс пользователя (ГИП) на клиентских станциях, связанных локальной сетью. Причем издержки на разработку приложений существенно сокращались.

Основные особенности:

Клиентская программа работает с данными через запросы к серверному ПО.

Базовые функции приложения разделены между клиентом и сервером.

Полная поддержка многопользовательской работы

Гарантия целостности данных

Бизнес логика приложений осталась в клиентском ПО. При любом изменении алгоритмов, надо обновлять пользовательское ПО на каждом клиенте.

Высокие требования к пропускной способности коммуникационных каналов с сервером, что препятствует использование клиентских станций иначе как в локальной сети.

Слабая защита данных от взлома, в особенности от недобросовестных пользователей системы.

Высокая сложность администрирования и настройки рабочих мест пользователей системы.

Необходимость использовать мощные ПК на клиентских местах.

Высокая сложность разработки системы из-за необходимости выполнять бизнес-логику и обеспечивать пользовательский интерфейс в одной программе.

Нетрудно заметить, что большинство недостатков классической или 2-х слойной архитектуры клиент-сервер проистекают от использования клиентской станции в качестве исполнителя бизнес-логики ИС. Поэтому очевидным шагом дальнейшей эволюции архитектур ИС явилась идея "тонкого клиента", то есть разбиения алгоритмов обработки данных на части связанные с выполнением бизнес-функций и связанные с отображением информации в удобном для человека представлении. При этом на клиентской машине оставляют лишь вторую часть, связанную с первичной проверкой и отображением информации, перенося всю реальную функциональность системы на серверную часть.

Переходная к трехслойной архитектуре (2.5 слоя)

Использование хранимых процедур и вычисление данных на стороне сервера сокращают трафик, увеличивают безопасность. Клиент все равно реализует часть бизнес-логики.

Как видно, такая организация системы весьма напоминает организацию первых унитарных систем с той лишь разницей, что на пользовательском месте стоит не терминал (с пресловутым зеленым экраном), а персональный компьютер, обеспечивающий ГИП, например, в последнее время в качестве клиентских программ часто применяют стандартные www-броузеры. Конечно, такой возврат к почти унитарным системам произошел уже на ином технологическом уровне. Обязательным стало использование СУБД со всеми их преимуществами. Программы для серверной части пишут, в основном, на специализированных языках, пользуясь механизмом хранимых процедур сервера БД. Таким образом, на уровне логической организации, ИС в архитектуре клиент-сервер с тонким клиентом расщепляется на три слоя - слой данных, слой бизнес-функций (хранимые процедуры) и слой представления. К сожалению, обычно, в такой схеме построения ИС не удается написать всю бизнес-логику приложения на не предназначенных для этого встроенных языках СУБД. Поэтому, очень часто часть бизнес-функций реализуется в клиентской части систем, которая от этого неотвратимо "толстеет". Отчасти поэтому, отчасти потому, что физически такие ИС состоят из двух компонентов, эту архитектуру часто называют 2.5-слойный клиент-сервер.

В отличие от 2-х слойной архитектуры 2.5-слойная архитектура обычно не требует наличия высокоскоростных каналов связи между клиентской и серверной частями системы, так как по сети передаются уже готовые результаты вычислений - почти все вычисления производятся на серверной стороне. Существенно улучшается также и защита информации - пользователям даются права на доступ к функциям системы, а не на доступ к ее данным и т.д. Однако вместе с преимуществами унитарного подхода архитектура 2.5 перенимает и все его недостатки, как-то: ограниченную масштабируемость, зависимость от программной платформы, ограниченное использование сетевых вычислительных ресурсов. Кроме того программы для серверной части системы пишутся на встроенных в СУБД языках описания хранимых процедур, предназначенных для валидации данных и построения несложных отчетов, а вовсе не для написания ИС масштаба предприятия. Все это снижает быстродействие системы, повышает трудоемкость создания с модификации ИС и самым негативным образом сказывается на стоимости аппаратных средств, необходимых для ее функционирования.

Как правило, компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер...). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находиться как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

Основной принцип технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций приложения на три группы:

· ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);

· прикладные функции, характерные для данной предметной области;

· функции управления ресурсами (файловой системой, базой данных и т.д.)

Поэтому, в любом приложении выделяются следующие компоненты:

· компонент представления данных

· прикладной компонент

· компонент управления ресурсом

Связь между компонентами осуществляется по определенным правилам, которые называют "протокол взаимодействия".

5.1.2. Модели взаимодействия клиент-сервер

Компанией Gartner Group, специализирующейся в области исследования информационных технологий, предложена следующая классификация двухзвенных моделей взаимодействия клиент-сервер (двухзвенными эти модели называются потому, что три компонента приложения различным образом распределяются между двумя узлами):

Исторически первой появилась модель распределенного представления данных, которая реализовывалась на универсальной ЭВМ с подключенными к ней неинтеллектуальными терминалами. Управление данными и взаимодействие с пользователем при этом объединялись в одной программе, на терминал передавалась только "картинка", сформированная на центральном компьютере.

Затем, с появлением персональных компьютеров (ПК) и локальных сетей, были реализованы модели доступа к удаленной базе данных. Некоторое время базовой для сетей ПК была архитектура файлового сервера. При этом один из компьютеров является файловым сервером, на клиентах выполняются приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент (СУБД и прикладная программа). Протокол обмена при этом представляет набор низкоуровневых вызовов операций файловой системы. Такая архитектура, реализуемая, как правило, с помощью персональных СУБД, имеет очевидные недостатки - высокий сетевой трафик и отсутствие унифицированного доступа к ресурсам.

С появлением первых специализированных серверов баз данных появилась возможность другой реализации модели доступа к удаленной базе данных. В этом случае ядро СУБД функционирует на сервере, протокол обмена обеспечивается с помощью языка SQL. Такой подход по сравнению с файловым сервером ведет к уменьшению загрузки сети и унификации интерфейса "клиент-сервер". Однако, сетевой трафик остается достаточно высоким, кроме того, по-прежнему невозможно удовлетворительное администрирование приложений, поскольку в одной программе совмещаются различные функции.

Позже была разработана концепция активного сервера, который использовал механизм хранимых процедур. Это позволило часть прикладного компонента перенести на сервер (модель распределенного приложения). Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, что и SQL-сервер. Преимущества такого подхода: возможно централизованное администрирование прикладных функций, значительно снижается сетевой трафик (т.к. передаются не SQL-запросы, а вызовы хранимых процедур). Недостаток - ограниченность средств разработки хранимых процедур по сравнению с языками общего назначения (C и Pascal).

На практике сейчас обычно используются смешанный подход:

· простейшие прикладные функции выполняются хранимыми процедурами на сервере

· более сложные функции реализуются на клиенте непосредственно в прикладной программе

Сейчас ряд поставщиков коммерческих СУБД объявило о планах реализации механизмов выполнения хранимых процедур с использованием языка Java. Это соответствует концепции "тонкого клиента", функцией которого остается только отображение данных (модель удаленного представления данных).

В последнее время также наблюдается тенденция использования модели распределенного приложения. Характерной чертой таких приложений является логическое разделение приложения на две и более частей, каждая из которых может выполняться на отдельном компьютере. Выделенные части приложения взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями в заранее согласованном формате. В этом случае двухзвенная архитектура клиент-сервер становится трехзвенной, а к некоторых случаях, она может включать и больше звеньев.

5.1.3. Мониторы транзакций

В том случае, когда информационная система объединяет достаточно большое количество различных информационных ресурсов и серверов приложений, встает вопрос об оптимальном управлении всеми ее компонентами. В этом случае используют специализированные средства - мониторы обработки транзакций (часто их называют просто "мониторы транзакций"). При этом понятие транзакции расширяется по сравнению с известным в теории баз данных. В данном случае это не атомарное действие над базой данных, а любое действие в системе - выдача сообщения, запись в индексный файл, печать отчета и т.д.

Для общения прикладной программы с монитором транзакций используется специализированный API (Application Program Interface - интерфейс прикладного программирования), который реализуется в виде библиотеки, содержащей вызовы основных функций (установить соединение, вызвать определенный сервис и т.д.). Серверы приложений (сервисы) также создаются с помощью этого API, каждому сервису присваивается уникальное имя. Монитор транзакций, получив запрос от прикладной программы, передает ее вызов соответствующему сервису (если тот не запущен, порождается необходимый процесс), после обработки запроса сервером приложений возвращает результаты клиенту. Для взаимодействия мониторов транзакций с серверами баз данных разработан протокол XA. Наличие такого унифицированного интерфейса позволяет использовать в рамках одного приложения несколько различных СУБД.

Использование мониторов транзакций в больших системах дает следующие преимущества:

· Концентрация всех прикладных функций на сервере приложений обеспечивает значительную независимость как от реализации интерфейса с пользователем, так и от конкретного способа управления ресурсами. При этом также обеспечивается централизованное администрирование приложений, поскольку все приложение находится в одном месте, а не "размазано" по сети по клиентским рабочим местам.

· Монитор транзакций в состоянии сам запускать и останавливать серверы приложений. В зависимости от загрузки сети и вычислительных ресурсов он может перенести или скопировать часть серверных процессов на другие узлы. Это обеспечивает достижение баланса загрузки.

· Обеспечивается динамическая конфигурация системы, т.е. без ее остановки может быть добавлен новый сервер ресурсов или сервер приложений.

· Повышается надежность системы, т.к. в случае сбоев сервер приложений может быть перемещен на резервный компьютер.

· Появляется возможность управления распределенными базами данных (подробнее см. следующий параграф).

5.2. Обработка распределенных данных

В современном бизнесе очень часто возникает необходимость предоставить доступ к одним и тем же данным группам пользователей, территориально удаленным друг от друга. В качестве примера можно привести банк, имеющий несколько отделений. Эти отделения могут находиться в разных городах, странах или даже на разных континентах, тем не менее необходимо организовать обработку финансовых транзакций (перемещение денег по счетам) между отделениями. Результаты финансовых операций должны быть видны одновременно во всех отделениях.

Существуют два подхода к организации обработки распределенных данных.

1. Технология распределенной базы данных. Такая база включает фрагменты данных, расположенные на различных узлах сети. С точки зрения пользователей она выглядит так, как будто все данные хранятся в одном месте. Естественно, такая схема предъявляет жесткие требования к производительности и надежности каналов связи.

2. Технология тиражирования. В этом случае в каждом узле сети дублируются данные всех компьютеров. При этом:

· передаются только операции изменения данных, а не сами данные

· передача может быть асинхронной (неодновременной для разных узлов)

· данные располагаются там, где обрабатываются

Это позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи, более того при выходе из строя линии связи какого-либо компьютера, пользователи других узлов могут продолжать работу. Однако при этом допускается неодинаковое состояние базы данных для различных пользователей в один и тот же момент времени. Следовательно, невозможно исключить конфликты между двумя копиями одной и той же записи.

Каждый человек, работавший с компьютером, слышал о технологии клиент-сервер. В основе этой технологии лежат два основных понятия: клиент и сервер. Клиент - компьютер, осуществляющий запрос к серверу на выполнение каких-либо действий или предоставление какой-либо информации. Сервер - компьютер, обычно более мощный, чем компьютер-клиент. Модель функционирования такой системы заключается в следующем: клиент делает запрос серверу, сервер (серверная часть) получает запрос, выполняет его и отсылает результат клиенту (клиентская часть).

Сервер может обслуживать нескольких клиентов одновременно. В этом случае говорят о многопользовательском режиме. Только не стоит понимать слово "одновременно" в буквальном смысле. Запросы выполняются сервером последовательно. Если одновременно приходит более одного запроса, то запросы устанавливаются в очередь. В данном случае очередь - это список невыполненных клиентских запросов. Иногда запросы могут иметь приоритеты. Приоритет - это уровень "важности" выполнения запроса. Запросы с более высокими приоритетами должны выполняться раньше.

Существует маленькое исключение по поводу последовательной обработки. Операционная система Windows является многозадачной и многопоточной. Многозадачность - это свойство операционной системы исполнять несколько пользовательских приложений (программ).

Это означает, что на сервере может быть запущено несколько задач, каждая из которых может исполнять свой отдельный запрос. Многопоточность дает возможность исполнять несколько запросов в пределах одной задачи. Что это дает? - Происходит увеличение производительности сервера.

Цикл выполнения запроса состоит из пересылки запроса и ответа между клиентом и сервером и непосредственным выполнением этого запроса на сервере.

Как правило, выполнение запроса (сложного запроса) происходит дольше, чем время, затрачиваемое на пересылку запроса и результата. Поэтому в серверах применяются системы распределения транзакций (запросов) между доменами (частями) сервера. Транзакция - это набор команд, которые либо выполняются все или не выполняется ни одна. Домен - это элемент сервера. Нередко сервер на физическом уровне представляет собой не один, а группу компьютеров, объединенных в одну систему для обеспечения каких-либо операций. В этом случае домен - это компьютер, входящий в архитектуру сервера.

Существует концепции построения системы клиент-сервер:

1) Слабый клиент - мощный сервер - вся обработка информации осуществляется целиком сервером. Сервер посылает готовый результат, не требующий дополнительной обработки. Клиент только ведет диалог с пользователем: составляет запрос, отсылает запрос, принимает запрос и выводит информацию на экран (на принтер, в файл).

2) Сильный клиент - часть обработки информации перепоручается клиенту.

Простой пример: пользователю требуется список сотрудников фирмы, отсортированный по фамилиям. В первом случае, сервер по клиентскому запросу извлекает фамилии (например, из базы данных) и сортирует их сам. Готовый отсортированный список отсылается клиенту. Клиенту необходимо только осуществить вывод на экран. Во втором случае, сервер только извлекает фамилии и отсылает данные клиенту. Клиент сортирует список и выводит его на экран.

Но это далеко не все. Допустим, пользователь захотел отсортировать полученный список по уровню зарплаты. В первом случае клиент формирует новый запрос к серверу, сервер его выполняет и посылает готовый ответ клиенту, который только выводит его на экран. Во втором случае клиент сортирует список сам без обращения к серверу. Естественно, во втором случае сервер будет менее загружен.

Существует еще одно важное понятие "время ожидания". "Время ожидания" - это время, через которое пользователь, послав запрос серверу, получит от него ответ. Время ожидания наиболее важный показатель производительности системы, реализующей концепцию клиент-сервер.

При частичной обработке данных на клиенте "время ожидания" меньше. Меньше оно за счет упрощения запроса и времени его выполнения. Отсюда меньше ожидание в очереди для исполнения запроса.

Безусловно, что время конечной обработки на клиенте может быть немного выше за счет разности в производительности сервера. Отсюда может несколько возрастать время ожидания. В конечном счете, это все равно выгоднее, т.к. время ожидания в очереди запросов на сервере меньше.

Многие серверы не выдерживают нагрузки ("напора" запросов) и просто "подвисают". В таком случае есть два альтернативных способа: увеличение производительности и перенос части операций над данными на клиента. Как правило, увеличение производительности значительно более дорогостоящая операция, и тоже, в своем смысле, конечная. Остается только "разгрузка" сервера и перенос части обработки данных на клиента.

P.S. Нередко в ряде организаций в качестве сервера сознательно используют устаревшие компьютеры. На них хорошо размещать файловые хранилища, принт-серверы (к нему подключается офисный принтер), WEB-серверы (Интернет-серверы), небольшие базы данных (серверную часть). Это оправдано с экономической точки зрения.

Применение самых мощных компьютеров в качестве серверов целесообразно в банковской сфере, т.к. объем платежей неизменно возрастает. Соответственно, возрастает необходимый объем вычислительных ресурсов. Здесь оправдана "борьба" за единицы процентов увеличения производительности.

Сергей СОКОЛОВ (БГУИР)

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Серверы. Основные понятия серверов

2. Модель клиент-сервер

3. Классификация стандартных серверов

1. Серверы. Основные понятия серверов

Сервер (от англ. server, обслуживающий). В зависимости от предназначения существует несколько определений понятия сервер.

1. Сервер (сеть) -- логический или физический узел сети, обслуживающий запросы к одному адресу и/или доменному имени (смежным доменным именам), состоящий из одного или системы аппаратных серверов, на котором выполняются один или система серверных программ

2. Сервер (программное обеспечение) -- программное обеспечение, принимающее запросы от клиентов (в архитектуре клиент-сервер).

3. Сервер (аппаратное обеспечение) -- компьютер (или специальное компьютерное оборудование) выделенный и/или специализированный для выполнения определенных сервисных функций.

3. Сервер в информационных технологиях -- программный компонент вычислительной системы, выполняющий сервисные функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определённым ресурсам.

Взаимосвязь понятий. Серверное приложение (сервер) запускается на компьютере, так же называемом "сервер", при этом при рассмотрении топологии сети, такой узел называют "сервером". В общем случае может быть так, что серверное приложение запущено на обычной рабочей станции, или серверное приложение, запущенное на серверном компьютере в рамках рассматриваемой топологии выступает в роли клиента (т.е. не является сервером с точки зрения сетевой топологии).

2. Модель клиент-сервер

Клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети.

Процессы, реализующие некоторую службу, например службу файловой системы или базы данных, называются серверами (servers). Процессы, запрашивающие службы у серверов путем посылки запроса и последующего ожидания ответа от сервера, называются клиентами (clients) .

По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной.

В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п..

Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов. Обратите внимание - файлов, а не базы данных. Система управления базами данных расположена на рабочей станции.

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей)

Рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей

В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п..

Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети.

Что дает архитектура клиент-сервер?

Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему?

Надежность

Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:

· атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;

· независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;

· устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.

Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.

Масштабируемость

Масштабируемость - способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.

Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.

Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу.

Безопасность

Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено.

Гибкость

В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:

· пользовательского интерфейса ;

· правил логической обработки (бизнес-правил);

· управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).

Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.

В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рисунке выше, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте.

В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения )

Рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения

Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса.

Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение.

1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты.

2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.

3. Классификация стандартных серверов

Как правило, каждый сервер обслуживает один (или несколько схожих) протоколов и серверы можно классифицировать по типу услуг, которые они предоставляют.

Универсальные серверы -- особый вид серверной программы, не предоставляющий никаких услуг самостоятельно. Вместо этого универсальные серверы предоставляют серверам услуг упрощенный интерфейс к ресурсам межпроцессного взаимодействия и/или унифицированный доступ клиентов к различным услугам. Существуют несколько видов таких серверов:

· inetd от англ. internet super-server daemon демон сервисов IP -- стандартное средство UNIX-систем -- программа, позволяющая писать серверы TCP/IP (и сетевых протоколов других семейств), работающие с клиентом через перенаправленные inetd потоки стандартного ввода и вывода (stdin и stdout).

· RPC от англ. Remote Procedure Call удаленный вызов процедур -- система интеграции серверов в виде процедур доступных для вызова удаленным пользователем через унифицированный интерфейс. Интерфейс изобретенный Sun Microsystems для своей операционной системы (SunOS, Solaris; Unix-система), в настоящее время используетстся как в большинстве Unix-систем, так и в Windows.

· Прикладные клиент-серверные технологии Windows:

o (D-)COM (англ. (Distributed) Component Object Model -- модель составных объектов) и др. -- Позволяет одним программам выполнять операции над объектами данных используя процедуры других программ. Изначально данная технология предназначена для их «внедрения и связывания объектов» (OLE англ. Object Linking and Embedding), но, в общем, позволяет писать широкий спектр различных прикладных серверов. COM работает только в пределах одного компьютера, DCOM доступна удаленно через RPC.

o Active-X -- Расширение COM и DCOM для создания мультимедиа-приложений.

Универсальные серверы часто используются для написания всевозможных информационных серверов, серверов, которым не нужна какая-то специфическая работа с сетью, серверов, не имеющих никаких задач, кроме обслуживания клиентов. Например, в роли серверов для inetd могут выступать обычные консольные программы и скрипты.

Большинство внутренних и сетевых специфических серверов Windows работают через универсальные серверы (RPC, (D-)COM).

Сетевые службы обеспечивают функционирование сети, например серверы DHCP и BOOTP обеспечивают стартовую инициализацию серверов и рабочих станций, DNS -- трансляцию имен в адреса и наоборот.

Серверы туннелирования (например, различные VPN-серверы) и прокси-серверы обеспечивают связь с сетью, недоступной роутингом.

Серверы AAA и Radius обеспечивают в сети единую аутентификацию, авторизацию и ведение логов доступа.

Информационные службы. К информационным службам можно отнести как простейшие серверы сообщающие информацию о хосте (time, daytime, motd), пользователях (finger, ident), так и серверы для мониторинга, например SNMP. Большинство информационных служб работают через универсальные серверы.

Особым видом информационных служб являются серверы синхронизации времени -- NTP кроме информировании клиента о точном времени NTP-сервер периодически опрашивает несколько других серверов на предмет коррекции собственного времени. Кроме коррекции времени анализируется и корректируется скорость хода системных часов. Коррекция времени осуществляется ускорением или замедлением хода системных часов (в зависимости от направления коррекции), чтобы избежать проблем возможных при простой перестановке времени.

Файл-серверы представляют собой серверы для обеспечения доступа к файлам на диске сервера. сервер клиент файл приложение

Прежде всего, это серверы передачи файлов по заказу, по протоколам FTP, TFTP, SFTP и HTTP. Протокол HTTP ориентирован на передачу текстовых файлов, но серверы могут отдавать в качестве запрошенных файлов и произвольные данные, например, динамически созданные веб-страницы, картинки, музыку и т. п.

Другие серверы позволяют монтировать дисковые разделы сервера в дисковое пространство клиента и полноценно работать с файлами на них. Это позволяют серверы протоколов NFS и SMB. Серверы NFS и SMB работают через интерфейс RPC.

Недостатки файл-серверной системы:

* Очень большая нагрузка на сеть, повышенные требования к пропускной способности. На практике это делает практически невозможной одновременную работу большого числа пользователей с большими объемами данных.

* Обработка данных осуществляется на компьютере пользователей. Это влечет повышенные требования к аппаратному обеспечению каждого пользователя. Чем больше пользователей, тем больше денег придется потратить на оснащение их компьютеров.

* Блокировка данных при редактировании одним пользователем делает невозможной работу с этими данными других пользователей.

* Безопасность. Для обеспечения возможности работы с такой системой Вам будет необходимо дать каждому пользователю полный доступ к целому файлу, в котором его может интересовать только одно поле

Серверы доступа к данным обслуживают базу данных и отдают данные по запросам. Один из самых простых серверов подобного типа -- LDAP (англ. Lightweight Directory Access Protocol -- облегчённый протокол доступа к спискам).

Для доступа к серверам баз данных единого протокола не существует, однако все серверы баз данных объединяет использование единых правил формирования запросов -- язык SQL (англ. Structured Query Language -- язык структурированных запросов).

Службы обмена сообщениями позволяют пользователю передавать и получать сообщения (обычно -- текстовые).

В первую очередь это серверы электронной почты, работающие по протоколу SMTP. SMTP-сервер принимает сообщение и доставляет его в локальный почтовый ящик пользователя или на другой SMTP-сервер (сервер назначения или промежуточный). На многопользовательских компьютерах, пользователи работают с почтой прямо на терминале (или веб-интерфейсе). Для работы с почтой на персональном компьютере, почта забирается из почтового ящика через серверы, работающие по протоколам POP3 или IMAP.

Для организации конференций существует серверы новостей, работающие по протоколу NNTP.

Для обмена сообщениями в реальном времени существуют серверы чатов, стандартный чат-сервер работает по протоколу IRC -- распределенный чат для интернета. Существует большое количество других чат-протоколов, например ICQ или Jabber.

Серверы удаленного доступа

Серверы удаленного доступа, через соответствующую клиентскую программу, обеспечивают пользователя консольным доступом к удаленной системе.

Для обеспечения доступа к командной строке служат серверы telnet, RSH, SSH.

Графический интерфейс для Unix-систем -- X Window System, имеет встроенный сервер удаленного доступа, так как с такой возможностью разрабатывался изначально. Иногда возможность удаленного доступа к интерфейсу Х-Window неправильно называют «X-Server» (этим термином в X-Window называется видеодрайвер).

Стандартный сервер удаленного доступа к графическому интерфейсу Microsoft Windows называется терминальный сервер.

Некоторую разновидность управления (точнее мониторинга и конфигурирования), также, предоставляет протокол SNMP. Компьютер или аппаратное устройство для этого должно иметь SNMP-сервер.

Игровые серверы, служат для одновременной игры нескольких пользователей в единой игровой ситуации. Некоторые игры имеют сервер в основной поставке и позволяют запускать его в невыделенном режиме (то есть позволяют играть на машине, на которой запущен сервер).

Серверные решения -- операционные системы и/или пакеты программ, оптимизированные под выполнение компьютером функций сервера и/или содержащие в своем составе комплект программ для реализации типичного сервисов.

Примером серверных решений можно привести Unix-системы, изначально предназначенные для реализации серверной инфраструктуры, или серверные модификации платформы Microsoft Windows.

Также необходимо выделить пакеты серверов и сопутствующих программ (например, комплект веб-сервер/PHP/MySQL для быстрой развертки хостинга) для установки под Windows (для Unix свойственна модульная или «пакетная» установка каждого компонента, поэтому такие решения редки).

В интегрированных серверных решениях установка всех компонентов выполняется единовременно, все компоненты в той или иной мере тесно интегрированы и предварительно настроены друг на друга. Однако в этом случае, замена одного из серверов или вторичных приложений (если их возможности не удовлетворяют потребностям) может представлять проблему.

Серверные решения служат для упрощения организации базовой ИТ-инфраструктуры компаний, то есть для оперативного построения полноценной сети в компании, в том числе и «с нуля». Компоновка отдельных серверных приложений в решение подразумевает, что решение предназначено для выполнения большинства типовых задач; при этом значительно снижается сложность развертывания и общая стоимость владения ИТ-инфраструктурой, построенной на таких решениях.

Прокси-сервер (от англ. proxy -- «представитель, уполномоченный») служба в компьютерных сетях, позволяющая клиентам выполнять косвенные запросы к другим сетевым службам. Сначала клиент подключается к прокси-серверу и запрашивает какой-либо ресурс (например, e-mail), расположенный на другом сервере. Затем прокси-сервер либо подключается к указанному серверу и получает ресурс у него, либо возвращает ресурс из собственного кеша (в случаях, если прокси имеет свой кеш). В некоторых случаях запрос клиента или ответ сервера может быть изменён прокси-сервером в определённых целях. Также прокси-сервер позволяет защищать клиентский компьютер от некоторых сетевых атак.

Вывод

Таким образом, любая компьютерная сеть по сути является сетью клиент-сервер. Пользователь, подключивший свой компьютер к Интернет, будет иметь дело с сетью клиент-сервер, и даже если компьютер не имеет выхода в сеть, его программное обеспечение, да и сам он, скорее всего, организованы по схеме клиент-сервер.

Список литературы

1. Валерий Коржов Многоуровневые системы клиент-сервер. Издательство Открытые системы (17 июня 1997).

3. ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные понятия серверов. Модель клиент-сервер. Классификация стандартных серверов. Недостатки файл-серверной системы. Криптографические методы защиты информации. Серверы удаленного доступа. Методы и средства обеспечения безопасности информации.

контрольная работа , добавлен 13.12.2010


Создание клиент-серверного приложения "Чат" с помощью среды визуальной разработки приложений Borland C++ Builder версии 6. Описание функциональности приложения: наличие клиент-серверной архитектуры, обмен короткими сообщениями, а также передача файлов.

курсовая работа , добавлен 30.01.2012


Проектирование физической и логической моделей удаленной базы данных для АЗС. Разработка базы данных в СУБД Firebird с помощью утилиты IBExpert. Создание клиентского приложения для Windows с использованием клиент-серверной технологии в среде C++ Builder.

курсовая работа , добавлен 18.01.2017


Многоуровневые архитектуры клиент–сервер. Диаграммы классов, реализующих уровни презентации, бизнес–логики и базы данных приложения. Словесное описание процесса выполнения транзакций. Создание, изменение и удаление хранимых процедур, их выполнение.

курсовая работа , добавлен 23.03.2013


Архитектура "клиент-сервер". Системный анализ базы данных "Газета объявлений", ее инфологическое и физическое проектирование. Программирование на стороне SQL-сервера. Разработка клиентской части в Borland C++ Builder 6.0 и с помощью Web-технологий.

курсовая работа , добавлен 07.07.2013


Проектирование и разработка базы данных в РСУБД Firebird. Последовательность создания приложения, основанного на клиент-серверной технологии и работающего в операционной системе Windows. Хранимые процедуры и триггеры. Доступ к сети и транзакции.

курсовая работа , добавлен 27.07.2013


Анализ архитектуры информационной системы, в структуру которой входят системы файл-сервер и клиент-сервер. Сравнение языков запросов SQL и QBE. Принципы разработки приложений архитектуры клиент-сервер при помощи структурированного языка запросов SQL.

курсовая работа , добавлен 11.04.2010


Реляционные базы данных как часть корпоративных информационных систем, их построение по принципам клиент-серверной технологии. Основные характеристики СУБД Firebird. Проектирование базы данных для информационной системы "Компьютерные комплектующие".

курсовая работа , добавлен 28.07.2013


Особенности настройки корпоративной сети предприятия. Разработка приложения, обеспечивающего эффективную работу клиент-серверной сети железнодорожной кассы. Защита от несанкционированного доступа, специфика шифрования паролей и ряд других средств защиты.

курсовая работа , добавлен 30.01.2014


Сравнение клиент-серверной и файл-серверной архитектуры. Особенности разработки проекта автоматизированной информационной системы "Ведение протокола нерешенных задач по материалам для ЗАО "Авиастар-СП". Расчет экономической эффективности от внедрения АИС.