Файл: Технология «клиент-сервер..pdf

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении последних десяти лет специалисты по вычислительной технике работают над усовершенствованием приложений клиент-сервер. В результате были построены приложения, поддерживающие совместную работу множества пользователей с единственным источником данных в сети.

Архитектура клиент-сервер стала общераспространенной при общении с компьютером или с системой на его основе. Любой человек, подключающийся к диалоговой информационной системе с помощью телефонной связи, использует архитектуру клиент-сервер. Пользуясь автоматическим кассовым аппаратом, считывая штриховые коды своих покупок на проверочном устройстве магазина или расплачиваясь за них с помощью кредитной карточки, идет взаимодействие с компьютерной системой клиент-сервер.

Целью курсовой работы является рассмотрение структурированного языка запросов SQL, при помощи которого разрабатываются базы данных для системы клиент-сервер.

Задачами курсовой работы является рассмотрение:

1. архитектуры информационной системы, и в частности клиент-сервер;
2. языков запросов SQL и QBE, и их сравнение;
3. принципов разработки приложений архитектуры клиент-сервер при помощи SQL.

Система клиент-сервер является наиболее перспективной, так как поддерживает большое число пользователей и сложные приложения, кроме этого она обладает высоким уровнем защиты информации, за счет среды программирования SQL Server и все данные и прикладные средства хранятся централизованно, то есть, сосредоточены в одном месте.

1. АРХИТЕКТУРА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Эффективность функционирования информационной системы во многом зависит от ее архитектуры. В настоящее время перспективной является архитектура клиент-сервер. В достаточно распространенном варианте она предполагает наличие компьютерной сети и распределенной базы данных, включающей корпоративную базу данных (КБД) и персональные базы данных (ПБД). КБД размещается на компьютере-сервере, ПБД размещаются на компьютерах сотрудников подразделений, являющихся клиентами корпоративной базы данных.

1.1 Архитектура файл-сервер

Самой простой архитектурой для реализации является архитектура "файл-сервер" (рисунок 1), но она же обладает и самым большим количеством недостатков, ограничивающих спектр решаемых ею задач. Простейшим случаем является случай, когда данные располагаются физически на том же компьютере, что и само приложение.

Рисунок 1 Структура информационной системы с файл-сервером

К существенным неудобствам, возникающим при работе с системой, построенной по такой архитектуре, можно отнести следующее:

- трудности при обеспечении непротиворечивости и целостности данных;

- существенная загрузка локальной сети передаваемыми данными;

- в целом, невысокая скорость обработки и представления информации;

- высокие требования к ресурсам компьютеров. При этом возникают следующие ограничения.

- невозможность организации равноправного одновременного доступа; пользователей к одному и тому же участку базы данных;

- количество одновременно работающих с системой пользователей не превышает пяти человек для ЛВС, построенной в соответствии со спецификацией 1 OBaseT (скорость обмена данными до 10Мб/с);

При всем этом система обладает одним очень важным преимуществом - низкой стоимостью.

Архитектура "файл-сервер" предусматривает концентрацию обработки на рабочих станциях. Основным преимуществом этого варианта является простота и относительная дешевизна. Подобное решение приемлемо, пока число пользователей, одновременно работающих с базой данных, не превышает 5-10 человек. При увеличении количества пользователей система может "захлебнуться" из-за перегруженности ЛВС большими потоками необработанной информации.

Сервер, как правило, — самый мощный и самый надежный компьютер. Он обязательно подключается через источник бесперебойного питания, в нем предусматриваются системы двойного или даже тройного дублирования. В особо ответственных случаях можно подключить вместе несколько серверов так, что при выходе из строя одного из них в работу автоматически включится "дублер". Таким образом, при концентрации обработки данных на сервере надежность системы в целом ограничивается только материальными средствами, которые заказчики готовы вложить в техническое оснащение.

Решение по автоматизации учета и управления в корпоративных структурах предполагает распределенную обработку данных, организацию параллельных вычислений, глубокое разграничение уровней доступа, возможность выбора различных операционных систем и серверных платформ. Если бизнес не велик, подобное решение оптимально.

В ходе эксплуатации были выявлены общие недостатки файл-серверного подхода при обеспечении многопользовательского доступа к базе данных.

Вся тяжесть вычислительной нагрузки при доступе к базе данных ложится на приложение клиента, что является следствием принципа обработки информации в системах "файл-сервер": при выдаче запроса на выборку информации из таблицы вся таблица базы данных копируется на клиентское место, и выборка осуществляется на клиентском месте. Локальные СУБД используют так называемый "навигационный подход", ориентированный на работу с отдельными записями.

Не оптимально расходуются ресурсы клиентского компьютера и сети; например, если в результате запроса мы должны получить 2 записи из таблицы объемом 10000 записей, все 10000 записей будут скопированы с файл-сервера на клиентский компьютер; в результате возрастает сетевой трафик и увеличиваются требования к аппаратным мощностям пользовательского компьютера.

В базе данных на файл-сервере гораздо проще вносить изменения в отдельные таблицы, минуя приложения. Эта возможность облегчается тем обстоятельством, что у локальных СУБД база данных — понятие более логическое, чем физическое, поскольку под базой данных понимается набор отдельных таблиц, сосуществующих в едином каталоге на диске. Все это позволяет говорить о низком уровне безопасности - как с точки зрения хищения и нанесения вреда, так и с точки зрения внесения ошибочных изменений.

Недостаточно развитый аппарат транзакций для локальных СУБД служит потенциальным источником ошибок как с точки зрения одновременного внесения изменений в одну и ту же запись, так и с точки зрения отката результатов серий объединенных по смыслу в единое целое операций над базой, когда некоторые из них завершились неуспешно, а некоторые - нет; это может нарушать ссылочную и смысловую целостность базы данных.

Недостатки настольных СУБД обычно проявляются не сразу, а лишь в процессе длительной эксплуатации, когда объем хранимых данных и число пользователей становятся достаточно велики - это приводит к снижению производительности приложений, использующих такие СУБД.

Поскольку настольные СУБД не содержат специальных приложений и сервисов, управляющих данными, а используются для этой цели файловые сервисы операционной системы, вся реальная обработка данных в таких СУБД осуществляется в клиентском приложении, и любые библиотеки доступа к данным в этом случае также находятся в адресном пространстве клиентского приложения. Поэтому при выполнении запросов данные, на основании которых выполняется такой запрос, должны быть доставлены в то же самое адресное пространство клиентского приложения. Это и приводит к перегрузке сети при увеличении числа пользователей и объема данных, а также грозит иными неприятными последствиями, например разрушением индексов и таблиц. Недаром до сих пор популярны утилиты для "ремонта" испорченных файлов настольных СУБД.

Недостатки архитектуры "файл-сервер" решаются при переводе приложений в архитектуру "клиент-сервер", которая знаменует собой следующий этап в развитии СУБД. Характерной особенностью архитектуры "клиент-сервер" является перенос вычислительной нагрузки на сервер базы данных (SQL-сервер) и максимальная разгрузка приложения клиента от вычислительной работы, а также существенное укрепление безопасности данных - как от злонамеренных, так и просто ошибочных изменений.

БД в этом случае помещается на сетевом сервере, как и в архитектуре "файл-сервер", однако прямого доступа к базе данных (БД) из приложений не происходит. Функция прямого обращения к БД осуществляет специальная управляющая программа - сервер БД (SQL-сервер), поставляемый разработчиком СУБД.

1.2 Архитектура клиент-сервер

Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющая этим ресурсом, клиентом - компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса компьютерной сети могут выступать, базы данных, файловые системы, службы печати, почтовые службы. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он управляет. Например, если управляемым ресурсом является база данных, то соответствующий сервер называется сервером базы данных.

Структура распределенной ИС, построенной по архитектуре клиент-сервер с использованием сервера баз данных, рассматривается на рисунке 2. При такой архитектуре сервер базы данных обеспечивает выполнение основного объема обработки данных. Формируемые пользователем или приложением запросы поступают к серверу базы данных в виде инструкции языка SQL. Сервер базы данных выполняет поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. Достоинством такого подхода в сравнении с файл-сервером является заметно меньший объем передаваемых данных.

Для создания и управления персональными базами данных и приложений, работающих с ними, используются СУБД, такие как Access и Visual FoxPro фирмы Microsoft, Paradox фирмы Borland.

Корпоративная база данных создается, поддерживается и функционирует под управлением сервера баз данных, например Microsoft SQL Server. В зависимости от размеров организации и особенностей решаемых задач ИС может иметь одну из следующих конфигураций: компьютер-сервер, содержащий корпоративную и персональную базы; компьютер-сервер и персональные компьютеры с ПБД; несколько компьютеров-серверов и персональных компьютеров с ПБД.

Использование архитектуры клиент-сервер дает возможность постепенного наращивания ИС предприятия, во-первых, по мере развития предприятия; во-вторых, по мере развития самой ИС.

Разделение общей базы данных на корпоративную и персональные позволяет уменьшить сложность проектирования баз данных по сравнению с централизованным вариантом, а значит снизить вероятность ошибок при проектировании и стоимость проектирования.

Важнейшим достоинством применения базы данных в ИС является обеспечение независимости данных от прикладных программ, это дает возможность пользователям не заниматься проблемами представления данных на физическом уровне: размещение данных в памяти, методов доступа к ним.

Такая независимость достигается поддерживаемым СУБД многоуровневым представлением данных в базе данных на логическом (пользовательском) и физическом уровнях. Благодаря СУБД и наличию логического уровня представления данных обеспечивается отделение концептуальной (понятийной) модели базы данных от ее физического представления в памяти ЭВМ. Важнейшим параметром крупной информационной системы является быстродействие при значительном количестве пользователей, а также надежность, масштабируемость и безопасность. Всё это обеспечивает архитектура "клиент-сервер". Такая архитектура позволяет оптимально распределить работу между клиентскими и серверной частями системы: теперь приложение, работающее на рабочей станции, не читает записи базы данных "напрямую", а посылает запросы на сервер, где они принимаются и последовательно отрабатываются специальными программами. В результате на рабочую станцию поступают только обработанные данные, что радикально сокращает информационные потоки в ЛВС.

Рисунок 2. Структура информационной системы с клиент-сервером

1.3 Языки запросов

Хранимые в базе данные можно обрабатывать вручную, последовательно просматривая и редактируя данные в таблицах, с помощью имеющихся в СУБД соответствующих средств. Для выполнения эффективности применяют запросы, позволяющие производить множественную обработку данных, то есть одновременно вводить, редактировать и удалять множество записей, а также выбирать данные из таблиц.

Запрос представляет собой специальным образом описанное требование, определяющие состав производимых над базой данных операций по выборке, удалению или модификации хранимых данных. Для подготовки запросов с помощью различных СУБД чаще всего используются два основных языка описания запросов: язык QBE (Query By Example) - язык запросов по образцу; язык SQL (Structured Query Language) -структурированный язык запросов.

В языке QBE (Query-by-Example - язык запросов по образцу) используется визуальный подход для организации доступа к информации в базе данных, основанный на применении шаблонов запросов. Применение QBE осуществляется путем задания образцов значений в шаблоне запроса, предусматривающем такой тип доступа к базе данных, который требуется в данный момент, например получение ответа на некоторый вопрос.