Файл: Модель клиент-сервер (применение технологии «клиент-сервер» при проектировании).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Согласно данным аналитиков, количество используемых в настоящее время компьютеров превысило отметку в 2,5 млрд. По оценкам, ежегодное количество компьютеров в мире увеличивается на 12%, из них 85% соединены в информационно-вычислительные сети, начиная от локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Интернет. Мировая тенденция к объединению компьютеров в сети вызвана такими причинами, как скоростное получение и передача информации непосредственно на рабочем месте из любой точки земного шара. Применение на практике таких больших потенциальных возможностей, какие несут в себе информационно-вычислительные сети, значительно улучшает производственные процессы [12].

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением. В связи с чем данная работа является актуальной.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

В данной работе рассматривается проблема технологий взаимодействия клиентских персональных компьютеров с серверами.

Целью данной работы является описание основных принципов построения и работы локальных вычислительных сетей и организация архитектур взаимодействия.

Для достижения этих целей решались следующие задачи:

• рассмотреть общие понятие об архитектуре вычислительных систем;
• рассмотреть архитектуру «файл-сервер»;
• рассмотреть архитектуру «клиент-сервер»;
• изучить практическое применение многоуровневого «клиент-сервера»
• изучить практическое применение технологии «клиент-сервер» при проектировании распределенных систем;
• изучить практическое применение технологии «клиент-сервер» при проектировании Веб-приложений.

Объектом исследования является локальная технология «клиент-сервер».

Предметом исследования выступают методы проектирования вычислительных систем с использованием технологии «клиент-сервер».

Методологическую и теоретическую базу составляют методы комплексного и системного анализа на основе междисциплинарного исследования актуальных проблем, основных понятий, предмета, структуры информации и безопасности, а также отношений, возникающих, в связи с этим, общенаучные методы познания и др.

Работа состоит из введения, заключения, трех глав и списка использованных источников.

1 АРХИТЕКТУРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Общие сведения

Современные программные приложения и информационные системы достигли такого уровня развития, что термин «архитектура» в применении к ним уже давно не удивляет. Грамотно построить информационную систему, эффективно и надежно функционирующую не проще, чем сконструировать и возвести современное многофункциональное здание.

Архитектура - это «организационная структура системы» [7]. Архитектура – это «набор значимых решений по поводу организации системы программного обеспечения, набор структурных элементов и их интерфейсов, при помощи которых компонуется система, вместе с их поведением, определяемым во взаимодействии между этими элементами, компоновка элементов в постепенно укрупняющиеся подсистемы, а также стиль архитектуры, который направляет эту организацию – элементы и их интерфейсы, взаимодействия и компоновку» [17].

Архитектура программы или компьютерной системы – это «структура или структуры системы, которые включают элементы программы, видимые извне свойства этих элементов и связи между ними» [22].

Архитектуру можно рекурсивно разобрать на части, взаимодействующие посредством интерфейсов, связи, которые соединяют части, и условия сборки частей. Части, которые взаимодействуют через интерфейсы, включают классы, компоненты и подсистемы.

Архитектура программного обеспечения системы или набора систем состоит из всех важных проектных решений по поводу структур программы и взаимодействий между этими структурами, которые составляют системы [9]. Проектные решения обеспечивают необходимый набор свойств, которые система должна поддерживать для успеха. Проектные решения обеспечивают концептуальную основу для разработки, поддержки и обслуживания системы.

Хотя определения несколько различаются, существует значительная степень сходства. Например, большинство определений указывают на то, что архитектура связана со структурой и поведением, а также только со значимыми решениями, может соответствовать определенному архитектурному стилю, на нее влияют ее заинтересованные стороны и ее окружение, она воплощает решения, основанные на логических рассуждениях.

Под архитектурой программных систем будем понимать совокупность решений относительно:

• организации программной системы;
• выбора структурных элементов, составляющих систему и их интерфейсов;
• поведения этих элементов во взаимодействии с другими элементами;
• объединение этих элементов в подсистемы;
• архитектурного стиля, определяющего логическую и физическую организацию системы: статические и динамические элементы, их интерфейсы и способы их объединения.

Архитектура программной системы охватывает не только ее структурные и поведенческие аспекты, но и правила ее использования и интеграции с другими системами, функциональность, производительность, гибкость, надежность, повторного применения, полноту, экономические и технологические ограничения, а также проблемы пользовательского интерфейса.

С развитием программных систем все большее значение приобретает их интеграция друг с другом в целях построения единого информационного пространства предприятия. Как видно из приведенных выше определений, интеграция является важным элементом архитектуры [9].

Для того чтобы построить правильную и надежную архитектуру и грамотно спроектировать интеграцию программных систем, необходимо следовать современным стандартам в этих областях. Без этого он, скорее всего, создаст архитектуру, которая не сможет развиваться и удовлетворять растущие потребности пользователей информационных технологий.

Законодателями стандартов в этой области выступают такие международные организации, как SEI (Software Engineering Institute), WWW (консорциум World Wide Web), OMG (Object Management Group), организация разработчиков Java – JCP (Java Community Process), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и другие [11].

Рассмотрим классификацию программных систем по их архитектуре (рисунок 1):

Рисунок 1. Классификация программных систем по архитектуре

Следует заметить, что, как и любая классификация, данная классификация архитектур информационных систем не является абсолютно жесткой. В архитектуре любой конкретной информационной системы часто можно найти влияния нескольких общих архитектурных решений.

Далее подробно рассмотрим особенности каждой архитектуры.

Централизованная архитектура вычислительных систем была распространена в 70-х и 80-х годах и реализовывалась на базе мейнфреймов (например, IBM-360/370 или их отечественных аналогов серии ЕС ЭВМ), либо на базе мини-ЭВМ (например, PDP-11 или их отечественного аналога СМ-4). Характерная особенность такой архитектуры – полная «неинтеллектуальность» терминалов. Их работой управляет хост-ЭВМ (рисунок 2) [10].

Рисунок 2. Достоинства и недостатки централизованной архитектуры

Использование такой архитектуры является оправданным, если хост-ЭВМ очень дорогая, например, супер-ЭВМ.

Классическое представление централизованной архитектуры показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Классическое представление централизованной архитектуры

Таким образом, хост-ЭВМ должен иметь большую память и высокую производительность для обеспечения комфортной работы большого количества пользователей. Все приложения, работающие в этой архитектуре, полностью находятся в основной памяти хост-ЭВМ. Терминалы являются лишь устройствами ввода-вывода и таким образом в минимальной степени поддерживают интерфейс пользователя.

1.2 Архитектура «файл-сервер»

Файл-серверные приложения – приложения, схожие по своей структуре с локальными приложениями и использующие сетевой ресурс для хранения программы и данных. Функции сервера заключаются в хранения данных и кода программы. Функции клиента в обработке данных, которая происходит исключительно на стороне клиента.

Классическое представление информационной системы в архитектуре «файл-сервер» представлено на рисунке 4.

Рисунок 4. Классическое представление архитектуры «файл-сервер»

Организация информационных систем на основе использования выделенных файл-серверов все еще является распространенной в связи с наличием большого количества персональных компьютеров разного уровня развитости и сравнительной дешевизны связывания персональных компьютеров и локальных сетей [14].

Конечно, основным достоинством данной архитектуры является простота организации. Проектировщики и разработчики информационной системы находятся в привычных и комфортных условиях в операционной системе, Windows или какого-либо облегченного варианта Windows Server. Имеются удобные и развитые средства разработки графического пользовательского интерфейса, простые в использовании средства разработки систем баз данных или систем управления базами данных (рисунок 5).

Рисунок 5. Достоинства и недостатки архитектуры «файл-сервер»

Таким образом, для упрощения работы с небольшим объемом информации, которая будет использоваться в однопользовательском режиме возможно использование архитектуры «файл-сервер». Очень часто небольшие компании ведут, например, кадровый учет в изолированной системе, работающей на автономном персональном компьютере. Однако в некоторых более сложных случаях (например, при организации информационной системы поддержки проекта, реализуемого группой) файл-серверные архитектуры становятся недостаточными.

1.3 Архитектура «клиент-сервер»

Клиент-сервер (Client-server) – вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемых серверами, и заказчиками услуг, называемых клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Первоначально системы такого уровня базировались на классической двухуровневой клиент-серверной архитектуре (Two-tier architecture). Под клиент-серверным приложением в этом случае понимается информационная система, основанная на использовании серверов баз данных. Схематически такую архитектуру можно представить, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Классическое представление архитектуры «клиент-сервер»

На стороне клиента выполняется код приложения, в который обязательно входят компоненты, поддерживающие интерфейс с конечным пользователем, производящие отчеты, выполняющие другие специфичные для приложения функции. Клиентская часть приложения взаимодействует с клиентской частью программного обеспечения управления базами данных, которая, фактически, является индивидуальным представителем СУБД для приложения.

Интерфейс между клиентской частью приложения и клиентской частью сервера баз данных, как правило, основан на использовании языка SQL. Поэтому такие функции, как, например, предварительная обработка форм, предназначенных для запросов к базе данных, или формирование результирующих отчетов выполняются в коде приложения [11].

Разработчики и пользователи информационных систем, основанных на архитектуре «клиент-сервер», часто бывают неудовлетворены постоянно существующими сетевыми «накладными расходами», которые вытекают из потребности обращаться от клиента к серверу с каждым очередным запросом. На практике распространена ситуация, когда для эффективной работы отдельной клиентской составляющей информационной системы в действительности требуется только небольшая часть общей базы данных. Это приводит к идее поддержки локального кэша общей базы данных на стороне каждого клиента [14].

Фактически, концепция локального кэширования базы данных является частным случаем концепции реплицированных баз данных. Как и в целом, для поддержки локального кэша базы данных программное обеспечение рабочей станции должно включать компонент управления базой данных-упрощенную версию сервера базы данных, которая, например, может не обеспечивать многопользовательский доступ. Отдельной проблемой является согласованность (слаженность) кэшей и общей базы данных. Существуют различные решения – от автоматической поддержки согласованности за счет средств базового управления базами данных, программного обеспечения до полного перекладывания этой задачи на прикладной уровень (рисунок 7) [14].