Файл: Технология «клиент-сервер» (Классическая двухуровневая архитектура "клиент-сервер").pdf

Промежуточный сервер

Пользовательский

Бизнес-логика интерфейс

второго уровня

Сервер БД

Пользовательский

Бизнес-логика интерфейс

сервера

Данные

Модель с физически выделенным в отдельное приложение блоком BL, таким образом получаем трехуровневую архитектуру “клиент-сервер”. На сервере БД может функционировать “универсальная” часть бизнес-логики (правила на уровне предприятия или группы связанных приложений). Такая схема позволяет поддерживать тонких клиентов на пользовательских компьютерах и в то же время разгрузить сервер БД от чрезмерной загрузки при сохранении гибкой системы работы с бизнес-правилами. В качестве промежуточного сервера может использоваться второй SQL-сервер, но чаще рациональней задействовать персональную СУБД, которая менее требовательна к аппаратным ресурсам и может обеспечить удобные средства построения и поддержки бизнес-логики.^[55]

       2.3 Различные модели технологии «Клиент – сервер» 

Самой первой базовой  технологией для локальных сетей  являлась модель файлового сервера (FS). В свое время данная технология была очень среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPro, Clipper, Clarion, Paradox и так далее.^[56]

       В модели FS функции всех трех компонентов (компонент представления, прикладной компонент и компонент доступа к ресурсам) совмещены в одном коде, который выполняется на компьютере-сервере (хосте). Компьютер-клиент в данной архитектуре вообще отсутствует, а ввод и отображение данных производятся через терминал или компьютер в режиме эмуляции терминала. Приложения обычно разрабатываются на языке четвертого поколения (4GL). Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов. Он работает под управлением сетевых ОС и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам. На других ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент.^[57]
       Технология  взаимодействия клиента и сервера  следующая: запрос направляется на файловый сервер, который передает СУБД, размещенной  на компьютере-клиенте, требуемый блок данных. Вся обработка осуществляется на терминале. 
       Протокол  обмена представляет собой набор  вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.   
       Преимуществами  данной технологии являются: 
       - простота разработки приложений;
       - удобство администрирования  и обновления ПО  из-за компактного расположения всех компонентов на одном компьютере;
       - низкая стоимость  оборудования рабочих  мест (терминалы или дешевые компьютеры с невысокими характеристиками в режиме эмуляции терминала всегда дешевле полноценных ПК).^[58]
       Но  достоинства FS – модели перекрывают ее недостатки:
       - большая загрузка  сети; 
       Несмотря  на небольшой объем данных, пересылаемых по сети, время отклика является критичным, так как каждый символ, введенный пользователем на терминале, должен быть передан на сервер, обработан приложением и возвращен обратно для вывода на экран терминала. Помимо этого существует проблема распределения нагрузки между несколькими компьютерами. ^[59]
       - дорогостоящее аппаратное  обеспечение сервера, так как все пользователи разделяют его ресурсы;
       - отсутствие графического  интерфейса. 
       Благодаря решению проблем, присущих технологии «Файл – сервер» появилась более прогрессивная технология, получившая название «Клиент – сервер». 
       Для современных СУБД архитектура «клиент-сервер» стала фактически стандартом. Если предполагается, что проектируемая сетевая технология будет иметь архитектуру «клиент-сервер», то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер, то есть часть функций приложений будет реализована в программе-клиенте, другая - в программе-сервере. 
       Различия  в реализации приложений в рамках технологии «Клиент-сервер» определяются четырьмя факторами:
       - какие виды программного обеспечения в логических компонентах; 
       какие механизмы  программного обеспечения  используются для  реализации функций  логических компонентов; 
       как логические  компоненты распределяются  компьютерами в  сети
       - какие механизмы  используются для  связи компонент между собой. ^[60]
       Исходя  из этого, выделяются три подхода, каждый из которых реализован в соответствующей модели технологии «Клиент – сервер»: 
       - модель доступа  к удаленным данным (Remote Date Access - RDA); 
       - модель сервера  базы данных (DateBase Server - DBS); 
       - модель сервера  приложений (Application Server - AS). 
       Рассмотрим  функции и характеристики различных  моделей технологии «Клиент-сервер».

       Модель  доступа к удаленным  данным (RDA) – сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», при которой коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается при помощи непроцедурного языка (например ,SQL – запросов для баз данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется специальный интерфейс прикладного программирования - API).^[61]

       Запросы к информационным ресурсам направляются по сети удаленному компьютеру, который  обрабатывает и выполняет их, возвращая  клиенту блоки данных.
       Основным  преимуществом RDA-модели является широкий  выбор инструментальных средств  разработки приложений, обеспечивающих быстрое создание desktop-приложений, работающих с SQL-ориентированными СУБД. Обычно инструментальные средства поддерживают графический интерфейс пользователя с ОС, а также средства автоматической генерации кода, в которых смешаны прикладные функции и функции представления.^[62]

Более технологичная RDA-модель существенно отличается от FS-модели характером компонента доступа к информационным ресурсам. Это, как правило, SQL-сервер. В RDA-модели коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Последний поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (языка SQL, например, если речь идет о базах данных), либо вызовами функций специальной библиотеки (если имеется соответствующий интерфейс прикладного программирования - API). ^[63]

Клиент направляет запросы к информационным ресурсам (например, к базам данных) по сети удаленному компьютеру. На нем функционирует ядро СУБД, которое обрабатывает запросы, выполняя предписанные в них действия, и возвращает клиенту результат, оформленный как блок данных (рис.3). При этом инициатором манипуляций с данными выступают программы, выполняющиеся на компьютерах-клиентах, в то время как ядру СУБД отводится пассивная роль - обслуживание запросов и обработка данных. В Разделе 2 будет показано, что такое распределение обязанностей между клиентами и сервером базы данных не догма - сервер БД может играть более активную роль, чем та, которая предписана ему традиционной парадигмой.

RDA-модель избавляет от недостатков, присущих как системам с централизованной архитектурой, так и системам с файловым сервером.

Прежде всего, перенос компонента представления и прикладного компонента на компьютеры-клиенты существенно разгружает сервер БД, сводя к минимуму общее число процессов операционной системы. Сервер БД освобождается от несвойственных ему функций; процессор или процессоры сервера целиком загружаются операциями обработки данных, запросов и транзакций.^[64] Это становится возможным благодаря отказу от терминалов и оснащению рабочих мест компьютерами, которые обладают собственными локальными вычислительными ресурсами, полностью используемыми программами переднего плана. С другой стороны, резко уменьшается загрузка сети, так как по ней передаются от клиента к серверу не запросы на ввод-вывод (как в системах с файловым сервером), а запросы на языке SQL, их объем существенно меньше.

Основное достоинство RDA-модели - унификация интерфейса "клиент-сервер" в виде языка SQL. Действительно, взаимодействие прикладного компонента с ядром СУБД невозможно без стандартизованного средства общения. Запросы, направляемые программой ядру, должны быть понятны обоим. Для этого их следует сформулировать на специальном языке. Но в СУБД уже существует язык SQL, о котором уже шла речь . Поэтому целесообразно использовать его не только в качестве средства доступа к данным, но и стандарта общения клиента и сервера. ^[65]

Такое общение можно сравнить с беседой нескольких человек, когда один отвечает на вопросы остальных (вопросы задаются одновременно). Причем делает это он так быстро, что время ожидания ответа приближается к нулю. Высокая скорость общения достигается прежде всего благодаря четкой формулировке вопроса, когда спрашивающему и отвечающему не нужно дополнительных консультаций по сути вопроса. Беседующие обмениваются несколькими короткими однозначными фразами, им ничего не нужно уточнять.

К сожалению, RDA-модель не лишена ряда недостатков. Во-первых, взаимодействие клиента и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDA-модели практически невозможно из-за совмещения в одной программе различных по своей природе функций (функции представления и прикладные).^[66]

Наряду с RDA-моделью все большую популярность приобретает перспективная DBS-модель (рис. 4). Последняя реализована в некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase, Oracle). Ее основу составляет механизм хранимых процедур - средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. Язык, на котором разрабатываются хранимые процедуры, представляет собой процедурное расширение языка запросов SQL и уникален для каждой конкретной СУБД. Более подробно о хранимых процедурах рассказано в п. 2.3.^[67]

В DBS-модели компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Там же выполняется компонент доступа к данным, то есть ядро СУБД. Достоинства DBS-модели очевидны: это и возможность централизованного администрирования прикладных функций, и снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур), и возможность разделения процедуры между несколькими приложениями, и экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры. К недостаткам модели можно отнести ограниченность средств, используемых для написания хранимых процедур, которые представляют собой разнообразные процедурные расширения SQL, не выдерживающие сравнения по изобразительным средствам и функциональным возможностям с языками третьего поколения, такими как C или Pascal. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД, в большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования разработанных хранимых процедур. ^[68]

На практике часто используется смешанные модели, когда поддержка целостности базы данных и некоторые простейшие прикладные функции поддерживаются хранимыми процедурами (DBS-модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель). Так или иначе,современные многопользовательские СУБД опираются на RDA- и DBS-модели и при создании ИС, предполагающем использование только СУБД, выбирают одну из этих двух моделей либо их разумное сочетание.^[69]

При этом RDA-модель имеет ряд ограничений. 
       Во-первых, взаимодействие клиента и сервера  посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Приложение является нераспределенным, и вся его логика локализована на компьютере-клиенте, поэтому взаимодействие его с сервером посредством SQL-запросов приводит к передаче по сети данных большого объема, возможно, избыточных. Как только число клиентов возрастает, сеть становится узким местом, ограничивая быстродействие всей информационной системы. 
       Во-вторых, удовлетворительное администрирование  приложений в RDA-модели практически  невозможно. Если различные по своей природе функции (функции представления и чисто прикладные функции) смешаны в одной и той же программе, написанной на языке четвертого поколения (4GL), то при необходимости изменения прикладных функций приходится переписывать всю программу целиком. 
       В – третьих, при коллективной работе над проектом, обычно каждому разработчику поручается реализация отдельных прикладных функций, что делает невозможным  контроль за их взаимной непротиворечивостью. Каждому из разработчиков приходится программировать интерфейс с пользователем, что ставит под вопрос единый стиль интерфейса и его целостность. Сложность обновления программного обеспечения возникает еще и потому, что замену ПО необходимо производить одновременно на всех компьютерах-клиентах. ^[70]
       В – четвертых, из-за  невозможности реализации разграничения доступа по функциям только на стороне сервера, а только на стороне клиента, возникает низкий уровень безопасности. При этом разграничение выполняется только по таблицам базы данных, что снижает защищенность. 
       Несмотря  на широкое распространение, RDA-модель уступает место более технологичной DBS-модели.^[71]
       Модель  сервера баз данных (DBS) - сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», основу которой составляет механизм хранимых процедур, реализующий прикладные функции. В DBS – модели понятие информационного ресурса сужено до базы данных из-за того же механизма хранимых процедур, который реализован в СУБД, да и то не во всех.
       В DBS-модели приложение является распределенным. Компонент представления выполняется  на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент (реализующий бизнес-функции) оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Хранимые процедуры также называют компилируемыми резидентными процедурами или процедурами базы данных.
       Преимущества DBS-модели перед RDA-моделью очевидны: это и возможность централизованного  администрирования различных функций, и снижение трафика сети из-за того, что вместо SQL-запросов по сети передаются вызовы хранимых процедур, и возможность разделения процедуры между несколькими приложениями, и экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры. Однако есть и недостатки. ^[72]
       Во-первых, разнообразные процедурные расширения SQL, используемые для написания хранимых процедур, не являются языками программирования в полном смысле слова. Они встроены в конкретные СУБД и имеют ограниченные возможности. Следовательно, система, в которой прикладной компонент реализован при помощи хранимых процедур, не является мобильной относительно СУБД. В большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования хранимых процедур, что может привести не просто к сбою, а к полной неработоспособности всей базы данных.
       Во-вторых, в DBS-модели не предусмотрены разнообразные варианты взаимодействия клиента и сервера, необходимые для децентрализация приложений, например хранимые очереди, асинхронные вызовы и другие.
       В-третьих, DBS-модель не обеспечивает требуемой  эффективности использования вычислительных ресурсов. Ограничения в ядре СУБД не позволяют в полной мере организовать эффективный баланс загрузки, миграцию процедур на другие компьютеры-серверы БД и реализовать другие полезные функции, например запросы с приоритетом. ^[73]
       На  практике чаще используется разумный синтез RDA- и DBS-моделей для построения многопользовательских информационных систем: поддержка целостности базы данных и некоторых простейших прикладные функции хранимых процедур (DBS-модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель).
       Все недостатки DBS - модели учтены в AS-модели, которая в наибольшей степени отражает сильные стороны технологии «клиент-сервер».
       Модель  сервера приложений (AS) - сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», представляющая собой процесс, выполняемый на компьютере-клиенте и отвечающий за интерфейс с пользователем (ввод и отображение данных). Основным элементом данной модели является  прикладной компонент, называющийся сервером приложения, функционирующий на удаленном компьютере (или нескольких компьютерах). Сервер приложений реализован как группа прикладных функций, оформленных в виде сервисов (служб).^[74] Каждый сервис предоставляет некоторые услуги всем программам, которые желают и могут ими воспользоваться. 
       Серверов  приложений может быть несколько, и  каждый их них предоставляет определенный набор услуг. Любая программа, которая  пользуется ими, рассматривается как клиент приложения. 
       Детали  реализации прикладных функций в  сервере приложений полностью скрыты от клиента приложения. Клиент, которым  может быть стандартный браузер, обращается с запросом к конкретной службе, при этом серверы приложений обезличены и служат для создания графического интерфейса с пользователем, что позволяет эффективно управлять балансом загрузки. Запросы, поступающие от клиента, выстраиваются в очередь к AS-процессу, который извлекает и передает их для обработки службе в соответствии с приоритетами. ^[75]
       Так как данные «спрятаны» за сервером приложений, в котором обычно встроена проверка полномочий клиента, в СУБД обеспечивается высокий уровень  защиты данных.
       Доступ  к информационным ресурсам, необходимым  для решения прикладных задач, обеспечивается как и в RDA-модели менеджером ресурсов (например, SQL-сервер). Из прикладных компонентов доступны такие ресурсы как, базы данных, очереди, почтовые службы и другие. Серверы приложений выполняются, как правило, на том же компьютере, где функционирует менеджер ресурсов, что избавляет от необходимости направления SQL-запросов по сети и повышает производительность системы, Также серверы приложений могут выполняться и на других компьютерах. ^[76]
       AS-модель  является универсальной системой, в которой может быть сколько угодно уровней, взаимодействующих между собой. Четкое разграничение логических компонентов, возможность баланса загрузки между несколькими серверами, и рациональный выбор программных средств для их реализации обеспечивают модели такой уровень гибкости, защиты данных и открытости, который пока недостижим в RDA- и DBS-моделях. В AS-модели возможна работа по медленным линиям связи, что значительно снижает трафик между клиентом и сервером приложений. Исходя из выше сказанного, именно AS-модель является фундаментом для мониторов обработки транзакций. ^[77]
       Изучив  все модели технологии «Клиент –  сервер», можно сделать следующий  вывод: RDA- и DBS-модели имеют в основе двухзвенную схему разделения функций. В RDA-модели прикладные функции отданы клиенту, в DBS-модели их реализация осуществляется через ядро СУБД. В RDA-модели прикладной компонент сливается с компонентом представления, в DBS-модели интегрируется в компонент доступа к ресурсам.
       В AS-модели реализована трехзвенная  схема разделения функций, где прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения, имеющий стандартизированные интерфейсы с двумя другими компонентами.
       Результаты  анализа моделей технологий «Файловый  сервер» и «Клиент – сервер»  представлены в таблице 1.^[78]
       Несмотря  на свое названия технология «Клиент  –сервер» также является системой распределенных вычислений. В данном случае распределенные вычисления рассматриваются как архитектура «Клиент – сервер» с участием нескольких серверов. Применительно к распределенной обработке термин «сервер» означает просто программу, отвечающую на запросы и выполняющую необходимые действия по запросу клиента. Поскольку распределенные вычисления - это один из видов систем «Клиент – сервер», то пользователи получают такие же преимущества, например, увеличение общей пропускной способности и возможность многозадачной работы. Кроме того, интеграция дискретных сетевых компонентов и обеспечение их функционирования как единого целого способствует увеличению эффективности и снижению издержек. ^[79]
       Так как обработка осуществляется в любом месте сети, распределенные вычисления в архитектуре «Клиент–сервер» гарантируют эффективное масштабирование. Чтобы добиться баланса между клиентом и сервером, компонент приложения должен выполняться на сервере только в том случае, когда централизованная обработка более эффективна. Если логика программы, взаимодействующей с централизованными данными, сосредоточена на той же машине, что и данные, их необязательно передавать по сети, поэтому требования к сетевой среде могут быть снижены.
       Таким образом, если предстоит работа с небольшими информационными системами, не требующими графического интерфейса с пользователем, можно выбрать FS - модель. Проблему графического интерфейса легко решает RDA-модель. DBS-модель является хорошим вариантом для СУБД. AS-модель является лучшим вариантом для создания больших информационных систем, а также в случае использования низкоскоростных каналов связи.^[80]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение можно сделать следующие выводы.

На сегодняшний день развитие информационных технологий - создание единых сетей предприятий и корпораций, объединяющих удаленные компьютеры и локальные сети, часто использующие разные платформы, в единую информационную систему. Т.е. необходимо объединить пользователей компьютеров в единое информационное пространство и предоставить им совместный доступ к ресурсам. Однако здесь возникает множество трудностей, связанных с решением задачи по организации каналов связи кабель Internet не протянешь по городу, а тем более до другого конца планеты. При построении корпоративных сетей иногда используются телефонные каналы, но связь по таким коммутируемым линиям ненадежна, аренда выделенных линий связи дорога, а эффективность такого канала невысокая.

Самым оптимальным вариантом является использование уже существующих глобальных сетей передачи данных общего пользования, чтобы коммуникационный протокол в корпоративной сети совпадал с принятым в существующих глобальных сетях. Наиболее рациональным выбором здесь следует считать протокол Х.25. Данный протокол позволяет работать даже на низкокачественных линиях связи, так как разрабатывался он для подключения удаленных терминалов к большим ЭВМ и соответственно включает в себя мощные средства коррекции ошибок, освобождая от этой работы пользователя.^[81]

Таким образом, при большом числе компьютеров, (десятки, сотни и даже

тысячи) предприятия чаще всего полагаются на сети модели «клиент-

сервер».

Упрощенно можно считать, что в такой сети отдельный компьютер

подключается к одному или нескольким мощным компьютерам, которые

называются серверами.

Сервер – это компьютер, или выполняющаяся на нём программа, которая

предоставляет клиентам доступ к общим ресурсам и управляет этими

ресурсами.

Клиент – пользователь (получатель) услуг и/или ресурсов, которые

предоставляет сервер.

В серверных сетях серверы оснащены процессорами и сетевой

операционной системой.

Роль серверов состоит в обеспечение централизованной защиты и управлении трафиком, а так же в предоставление клиентам ресурсов: информации, приложений и доступа к устройствам совместного пользования (например, к принтерам). В клиент – серверной среде в роли клиентов выступают настольные ПК (именно ПК, а не неинтеллектуальные терминалы!) под управлением операционной системы типа Windows 95 или Windows NT Workstation. Как правило, клиент использует собственные вычислительные мощности для обработки информации, полученной от сервера, но полагается на сервер в части предоставления необходимых данных и приложений. Такое распределение ролей в обработке информации носит название клиентской (front - end) и серверной (back - end) обработки.