Файл: Варианты архитектуры клиент-сервер (Архитектура клиент-сервер как концепция локальной сети).pdf

Применительно к системам баз данных архитектура клиент-сервер интересна и актуальна главным образом потому, что обеспечивает простое и относительно дешевое решение проблемы коллективного доступа к базам данных в локальной сети.

Реальное распространение архитектуры "клиент-сервер" стало возможным благодаря развитию и широкому внедрению в практику концепции открытых систем.

Основным смыслом подхода открытых систем является упрощение комплексирования вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов.

В основе широкого распространения локальных сетей компьютеров лежит известная идея разделения ресурсов. Высокая пропускная способность локальных сетей обеспечивает эффективный доступ из одного узла локальной сети к ресурсам, находящимся в других узлах.

Развитие этой идеи приводит к функциональному выделению компонентов сети: разумно иметь не только доступ к ресурсам удаленного компьютера, но также получать от этого компьютера некоторый сервис, который специфичен для ресурсов данного рода и программные средства. Так мы приходим к различению клиентов (рабочих станций) и серверов локальной сети.

Технология “клиент-сервер” применительно к СУБД сводится к разделению системы на две части – приложение-клиент и сервер базы данных. Эта архитектура совмещает лучшие черты обработки данных на мэйнфреймах и технологии файл-сервер. От мэйнфреймов технология “клиент-сервер” позаимствовала такие черты, как централизованное администрирование, безопасность, надежность. От технологии файл-сервер унаследованы низкая стоимость и возможность распределенной обработки данных, используя ресурсы компьютеров-клиентов.

Со времени возникновения архитектуры клиент-сервер появилось много вариантов архитектуры процессора БД, поскольку он во многом определяет успех всей системы.

В настоящее время можно считать, что бум технологий, связанных с клиент-серверной архитектурой, все еще продолжается - большинство работающих в настоящее время информационных систем выполнено в этой технологии. Однако актуальными являются направления, связанные с развитием этой идеи - так называемые трехслойные и многослойные, а также децентрализованные приложения.

Опыт последних лет разработки программного обеспечения (ПО)

показывает, что архитектура информационной системы должна выбираться с учетом нужд бизнеса, а не личных пристрастий разработчиков.

Не секрет, что правильная и четкая организация информационных бизнес-решений является слагающим фактором успеха любой компании. Особенно важным этот фактор является для предприятий среднего и малого бизнеса, которым необходима система, которая способна предоставить весь объем бизнес-логикидля решения задач компании. В то же время, такие системы для компаний со средним и малым масштабом сетей часто попадают под критерий ―цена - качество, то есть должны обладать максимальной производительностью и надежностью при доступной цене.

2. Основные понятия.

Архитектура информационной системы - концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов информационной системы.

Клиент-сервер (Client-server) — вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами.

Сервер — это программа, представляющая какие-то услуги другим программам и обслуживающая запросы клиентов на получение ресурсов

определенного вида.

Клиент — это программа, использующая услугу, представляемую программой сервера.

Часто люди клиентом или сервером просто называют компьютер, на

котором работает какая-либоиз этих программ. В сущности, клиент и сервер — это роли, исполняемые программами.

Клиенты и сервера физически могут находиться на одном компьютере. Одна и та же программа может быть и клиентом, и сервером одновременно.

2.1. История.

Основным недостатком персональных компьютеров является их невысокая вычислительная мощность и надежность, а также необходимость в приобретении дополнительных аппаратных средств для устранения изолированности отдельных персональных компьютеров друг от друга.

Как правило, пользователям компьютеров нужны и высокая вычислительная мощность и прекрасные свойства персональных компьютеров. Поэтому там, где для выполнения сложных вычислений используются мощные изолированные центральные компьютеры с терминалами, их пользователям периодически приходится ходить на персональные компьютеры для редактирования текстов или выполнения задач, использующих электронные таблицы. Это заставляет пользователей освоить 2 различные операционные системы (на больших машинах обычно установлены OC MVS, VMS, VM, UNIX, а на персональных - MS DOS/MS Windows, OS/2 или Mac) и не решает задачи совместного использования данных.

В результате опроса представителей 300 крупнейших фирм США, использующих персональные компьютеры, выяснилось, что для 81% опрошенных необходим доступ к данным более чем одного компьютера.

Чтобы решить эту задачу, персональные компьютеры начали объединять в локальные сети и устанавливать на них специальные операционные системы, например, NetWare фирмы Novell, для совместного использования компьютерами сети файлов, размещенных в различных узлах сети. Эта технология называется файл-сервер.

Однако файл-серверы имеют ряд недостатков. Они не позволяют в полной мере обеспечить конфиденциальность доступа и целостность данных. По сети файлы передаются целиком, независимо от того, какая часть содержащихся в них данных нужна пользователю. Это сильно перегружает сеть и уменьшает быстродействие системы. Невысока и надежность системы на основе файл-серверов. Сбой на одной из рабочих станций в момент записи файла приводит к потере или искажению данных.

Для обеспечения непротиворечивости данных приходится блокировать файлы, что также приводит к замедлению работы. Естественным желанием специалистов в области вычислительной техники было совместить преимущества персональных компьютеров и мощных центральных компьютеров.

Первым шагом в этом направлении явилось использование персональных компьютеров в качестве интеллектуальных терминалов. При таком подходе в персональном компьютере, соединенном с центральным компьютером, запускается специальное программное обеспечение, позволяющее этому персональному компьютеру работать в режиме эмуляции терминала. При этом мы получаем архитектуру, реализующую все достоинства архитектуры с мощным центральным компьютером, но, кроме того, персональный компьютер может использоваться и самостоятельно, по своему прямому назначению. Теперь нет необходимости иметь на столе 2

дисплея, однако большинство недостатков, присущих архитектуре с центральным компьютером, все еще сохраняется. Кроме того, хотя персональные компьютеры, имеющие дисплеи с картой VGA, позволяют работать с графикой, однако использовать их в качестве графического терминала большой центральной машины неудобно. Задача выполняется в центральном компьютере и по проводам передаются графические образы экрана. Эти образы довольно велики и скорость смены изображения на экране может быть очень низкой.

Следующим шагом в решении описанной выше проблемы явилось использование архитектуры клиент-сервер. В такой архитектуре все компьютеры сети разделены на 2 группы: клиенты и серверы. Компьютер-сервер - это мощный компьютер с большой оперативной памятью и большим количеством дискового пространства. На нем хранится база данных и выполняется сложная обработка, требующая больших вычислительных ресурсов. На компьютерах-клиентах выполняются первичная обработка данных при вводе, форматирование данных, а также окончательная (финишная) обработка данных, извлеченных с сервера. В качестве компьютеров-клиентов обычно используются персональные компьютеры типа IBM PC или Macintosh. Преимущества архитектуры клиент-сервер очевидны. Каждый тип компьютера используется по своему назначению, а следовательно, обеспечивается более полное использование возможностей компьютеров.

На компьютерах-клиентах работают знакомые пользователям PC пакеты, позволяющие предоставлять результаты работы всей системы в удобном для анализа и принятия решений виде. На этих компьютерах легко можно реализовать дружественный пользовательский интерфейс приложения, использующий графику, цвет, звук, работу с окнами и мышью и т.д. Компьютер-клиент позволяет быстро выполнять ввод и первичный контроль данных. Для финишной обработки данных могут использоваться те редакторы или пакеты электронных таблиц, которые пользователь считает наиболее удобными. В качестве компьютеров-клиентов могут одновременно использоваться компьютеры разных типов с различными операционными системами.

Архитектура клиент-сервер позволяет реализовать распределенную обработку, поскольку часть работы (интерфейс с пользователем, финишная обработка) выполняется на компьютере-клиенте, а часть - на компьютере-сервере. Это позволяет снизить загрузку сервера и оптимизировать его работу, а также увеличить число клиентов, одновременно работающих с сервером.

Наиболее часто архитектура клиент-сервер применяется для приложений, созданных с использованием систем управления базами данных (СУБД).

Дальнейшим развитием архитектуры клиент-сервер явилось использование в сети не одного, а нескольких серверов баз данных. Это позволило перейти от работы с локальной БД к работе с распределенной БД.

Причем работа с распределенной базе данных (БД) "прозрачна" для пользователя, т.е. он работает с ней так же, как с локальной БД, не задумываясь о том, на каком сервере лежат его данные. Пользователь обращается к одному из серверов, тот, не найдя у себя нужных данных,

автоматически обращается к другим серверам.

Много серверная архитектура сегодня представляется очень перспективной. Она позволяет заменить одну мощную центральную машину на несколько менее мощных и, следовательно, более дешевых, и еще больше распараллелить обработку данных. Кроме того, такая архитектура повышает надежность системы, поскольку при выходе из строя одного из серверов все приложения, работающие с данными других серверов, могут продолжать работу. При выходе из строя части локальной или глобальной сети система может попытаться найти альтернативный путь к нужному серверу (по другим ветвям сети). Кроме того, на локальных серверах могут храниться данные, наиболее часто используемые в данном узле, что позволяет свести к минимуму передачу данных по сети от сервера к серверу.

3. Архитектура клиент-сервер как концепция локальной сети.

Клиент-сервер – технология, разделяющая СУБД на две части: клиентскую и серверную. На клиентской части формируются запросы к серверу и приходят результаты этих запросов для просмотра и дальнейшего использования, т.е. происходит «контакт с внешним миром». На компьютере-сервере расположены общие для всех клиентов данные и работает специальная программа - сервер баз данных, оптимизирующая выполнение запросов клиентов.

Главная мысль, заложенная в эту технологию - минимизировать объем данных, передаваемых по сети, поскольку основные потери времени и сбои происходят именно из-за недостаточно высокой пропускной способности сети.

Двухуровневая система клиент-сервер это:

Клиент - программа обработки, пользовательская и прикладная программа. Занимается обычно интерфейсом с пользователем, а всю фактическую работу с базой данных осуществляет сервер базы данных.

Сервер базы данных – компьютер или программа, предназначенные для обработки запросов от программ-клиентов. Серверы обычно обеспечивают работу сетевых служб, но иногда могут использоваться и в рамках одного компьютера. В отличие от обычных программ, которые запускаются, выполняют определенное задание и заканчивают работу, программа-сервер запускается и находится в пассивном состоянии ожидания запроса. Обработав поступивший запрос, сервер ожидает поступление следующего. Основное требование к серверу БД – обеспечение минимального времени выполнения запросов при максимально возможном числе пользователей.

Технология клиент-сервер применяется, когда размеры баз данных велики, когда велики размеры вычислительной сети, и производительность при обработке данных, хранящихся не на компьютере пользователя. Если данная технология не применяется, то для обработки даже нескольких записей весь файл копируется на компьютер пользователя и только затем обрабатывается. При этом резко возрастает загрузка сети, и снижается производительность труда многих сотрудников.