Файл: Варианты архитектуры клиент-сервер.pdf

Данная работа описывает различные варианты и типы архитектур взаимодействия компьютеров по модели клиент-сервер. Эта тема взята из-за возрастающей популярности построения программ, систем и сервисов, основанных на модели клиент – сервер. А возрастает эта тенденция вслед возрастающему количеству видов и массы устройств на самых различных платформах и операционных системах. Гораздо проще создать некий сервис, размещенный на сервере, и сделать 1 клиент для миллионов однотипных устройств, нежели создавать систему управления допуском для каждого.

Развитию технологий основанных на модели клиент – сервер так же способствуют крупнейшие разработчики сетевого и серверного оборудования, а так же ведущие софтверные компании. Если проследить тенденцию последних предложений таких гигантов как HP, Dell, IBM, Microsoft, Oracle, их предложения направлены на расширение возможностей виртуализации, удаленного доступа к ресурсам и управлению.

То есть и программно и аппаратно ведущие мировые производители из мира IT в настоящее время наполняют нишу клиент-серверной структуры на рынке. Это действительно потрясающее время, когда на наших глазах возникают новые типы, виды систем с миллионами небольших клиентов на каждом углу и тысячами огромных и мощных серверов в крупных дата –центров. И так по всей планете. В квартире, подъезде, в метро, в машине, на улице миллионы больших и маленьких клиентов соединяются с серверами в городской инфраструктуре. Тысячи гигабит трафика соединяют информационное пространство в единую информационно –«нейронную» сеть города.

Именно поэтому описание основных вариантов архитектур модели клиент-сервер выбрано в качестве темы курсовой работы.

История развития технологии клиент-сервер

Из истории появления и развития компьютеров, технологий, программирования и вычислительных систем в целом известно, что первые компьютеры разрабатывались без какой либо стандартизации и связи друг с другом.

Несмотря на то, что компаний – производителей на заре компьютерных технологий было крайне мало, полное отсутствие стандартизации и применение собственных разработок делало невозможном общение между компьютерами. Даже программу, написанную для одного компьютера невозможно было запустить на другом компьютере другого производителя.

В последствии с развитием компьютерных технологий, и их существенным удешевлением, организации могли позволять себе большее количество компьютеров. Однако при этом высокопроизводительные аппаратные комплектующие стоили весьма существенных средств и время простоя компьютера все так же било по карману владельца бизнеса.

Мэйнфрейм

Тогда было предложено первое решение, которое стало основой для модели клиент-сервер. Большой и мощный компьютер, выполняющий вычисления для нескольких простых и «слабеньких» компьютеров предприятия или отделов - мэйнфрейм.

Историю мейнфреймов принято отсчитывать с появления в 1964 году универсальной компьютерной системы IBM System/360, на разработку которой корпорация IBM затратила 5 млрд. долларов. Сам термин «мейнфрейм» происходит от названия типовых процессорных стоек этой системы. В 1960-х — начале 1980-х годов System/360 была безоговорочным лидером на рынке. Её клоны выпускались во многих странах, в том числе — в СССР (серия ЕС ЭВМ).

В начале 1990-х начался кризис рынка мейнфреймов, пик которого пришёлся на 1993 год. Многие аналитики заговорили о полном вымирании мейнфреймов, о переходе от централизованной обработки информации к распределённой (с помощью персональных компьютеров, объединённых двухуровневой архитектурой «клиент-сервер»). Многие стали воспринимать мейнфреймы как вчерашний день вычислительной техники, считая Unix- и PC-серверы более современными и перспективными.

Важной причиной резкого уменьшения интереса к мейнфреймам в 1980-х годах было бурное развитие PC и Unix-ориентированных машин, в которых благодаря применению новых технологий создания микросхем удалось значительно уменьшить энергопотребление, а их размеры достигли размеров настольных станций. В то же время для установки мейнфреймов требовались огромные площади, а использование устаревших полупроводниковых технологий в мейнфреймах того времени влекло за собой необходимость жидкостного (например, водяного) охлаждения. Так что, несмотря на их вычислительную мощь, из-за дороговизны и сложности обслуживания мейнфреймы всё меньше пользовались спросом на рынке вычислительных средств.

Ещё один аргумент против мейнфреймов состоял в том, что в них не соблюдается основной принцип открытых систем, а именно — совместимость с другими платформами.

Восприняв критику конструктивно, руководство компании IBM, основного производителя аппаратного и программного обеспечения мейнфреймов, выработало кардинально новую стратегию в отношении этой платформы с целью резко повысить производительность, снизить стоимость владения, а также добиться высокой надёжности и доступности систем. Достижению этих планов способствовали важные перемены в технологической сфере: на смену биполярной технологии изготовления процессоров для мейнфреймов пришла технология КМОП. Переход на новую элементную базу позволил значительно снизить уровень энергопотребления мейнфреймов и упростить требования к системе электропитания и охлаждения (жидкостное охлаждение было заменено воздушным). Мейнфреймы на базе КМОП-микросхем быстро прибавляли в производительности и уменьшались в габаритах. Поворотным же событием стал переход на 64-разрядную архитектуру z/Architecture. Современные мейнфреймы перестали быть закрытой платформой: они способны поддерживать на одной машине сотни серверов с различными операционными системами.

Согласно одному из прогнозов Gartner, к 1993 году ожидалось отключение последнего мейнфрейма, однако по состоянию на 2013 год не только многие мейнфреймы ещё не выведены из продуктивной эксплуатации, но и активно выпускаются новые, и продажи новых машин спорадически растут.

Особенности мейнфреймов последних поколений

Время наработки на отказ современных мейнфреймов оценивается в 12-15 лет. Надёжность мейнфреймов — это результат их почти 60-летнего совершенствования.

Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счёт использования следующих принципов:

Дублирование: два резервных процессора, резервные модули памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.

Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.

Целостность данных. В мейнфреймах используется память с коррекцией ошибок. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих вывода на внешние устройства. Дисковые подсистемы, построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных.

Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80-95 % от их пиковой производительности. Операционная система мейнфрейма будет обрабатывать всё сразу, причём все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие компоненты ПО.

Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных.

Масштабирование. Масштабирование мейнфреймов может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего можно объединить до 32 машин.

Программное масштабирование — на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причем все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в то же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.

Доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Всё это, в совокупности, ведёт к повышению скорости и эффективности обработки.

Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства, и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают надёжную защиту.

Пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс у мейнфреймов всегда оставался наиболее слабым местом. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов в кратчайшие сроки и при минимальных затратах обеспечить современный веб-интерфейс.

Положение на рынке

Сегодня использование мейнфреймов даже для крупнейших компаний мира, стало крайне накладным, по сравнению с имеющимися альтернативами. И если многие средние и крупные фирмы уже давно перешли на вычислительные возможности мощных современных серверов, то на текущий момент крупнейшие корпорации мира и исследовательские институты так же подходят к этому решению. Так NASA отключило последний из своих мейнфреймов 12 февраля 2012 года.^[1]

Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры — это машины, находящиеся на пике доступных сегодня вычислительных мощностей, особенно в области операций с числами.

Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач (высокопроизводительные вычисления, например, в области метеорологии или моделирования ядерных процессов), где ограничительными факторами являются мощность процессора и объём оперативной памяти, тогда как мейнфреймы применяются для целочисленных операций, требовательных к скорости обмена данными, к надёжности и к способности одновременной обработки транзакций (ERP, системы онлайн - бронирования, автоматизированные банковские системы). Производительность мейнфреймов, как правило, вычисляется в миллионах операций в секунду (MIPS), а суперкомпьютеров — в операциях с плавающей запятой (точкой) в секунду (FLOPS).

Мощность современных суперкомпьютеров такова, что обладание ими гордость не только компании – производителя или научной организации, но и страны в целом. Именно им уступили пальму первенства мэйнфреймы после своего 60ти летнего превосходства.

Развитие технологии клиент сервер.

Идея организовать вычислительные ресурсы в соответствии с архитектурой клиент-сервер возникла на уровне рабочих групп и подразделений компаний. Руководители рабочих групп в компаниях и структурных подразделениях пришли к пониманию того что мэйнфрейм это хорошо но уже не так оперативно как того требует возрастающая скорость бизнеса.

Построение единой вычислительной системы на базе мэйнфрейма было действительно долгим и сложным процессом. Многие условия требовавшие согласования, учет огромного количества факторов и, конечно же, высочайшая стоимость оборудования и компонентов. Но с приходом на рынок персональных компьютеров, среди которых был и Apple, поставили под удар само существование мэйнфрейма.

Но сеть только персональных компьютеров, так и сугубо одноранговая сеть в принципе не смогли существовать в масштабе предприятия. Необходимо было определить стандарты, форматы, базы и уровень доступа в каждой группе, отделе, предприятии.

Решить эти вопросы помогла единая система управления ресурсами и предоставляющая доступ с разграничением прав и полномочий среди клиентов. Клиент серверный вариант работы с Информационной системой предприятия стал корпоративным стандартом и полностью управлялся ИТ отделом корпорации.

Предпосылки развития клиент-серверных решений.

В современном мире архитектура клиент- сервер является наиболее выгодной и привлекательной для бизнеса. Причина этому одна, но очень существенная – стоимость оборудования и рабочего места для сотрудника. Рассмотрим подробнее этот момент.

При установке мощных рабочих станций работодатель должен затратить большие ресурсы на

- приобретение дорогостоящего оборудования и софта.

- нанять специалистов, постоянно поддерживающих парк этой техники.

- обеспечить площадь под работника и оборудование при постоянно растущей стоимости арендных площадей.

- обеспечить условия труда согласно санитарным нормам, складской, бухгалтерский отчет и другие производственные расходы.

И это далеко не полный список затрат владельца бизнеса. И на протяжении последних 10 лет бизнес, так или иначе, увеличивает запрос к решениям, построенным на модели клиент-сервер.