Системы "клиент-сервер". Часть 2

Архитектура клиент-сервер: определение, предпосылки для применения, плюсы и минусы

Что такое архитектура клиент-сервер? Варианты построения приложений

Итак, поговорим, наконец, о том,

что же все-таки такое клиент-сервер . Строго говоря, следует отличать технологию клиент-сервер в широком смысле, которая может быть использована в любых компьютерных системах от собственно архитектуры клиент-сервер применительно к информационным приложениям вообще и автоматизированным системам управления предприятием особенно.

Согласно онлайновому словарю компьютерных терминов, клиент-сервер - это вид распределенной системы, в которой есть сервер, выполняющий запросы клиента, причем сервер и клиент общаются между собой с использованием того или иного протокола.

Под клиентом понимается программа, использующая ресурсы, а под сервером (по английски - слуга) программа, обслуживающая запросы клиентов на получение ресурсов определенного вида. Столь широкое определение включает в себя практически любую программную технологию, в которой участвуют больше одной программы, функции между которыми распределены асимметрично. Соответственно, говорят о технологии КС применителько к операционным системам, локальным и глобальным сетям и т. д.

Такое широкое определение рождает некоторую путаницу. Так, файл-серверная система тоже использует технологию клиент-сервер, однако с точки зрения архитектуры прикладных программ важным является то, какого рода ресурсы сервер предоставляет клиентам.

Понятие архитектуры клиент-сервер в системах управления предприятием связано с делением любой прикладной программы на три основных компонента или слоя. Этими тремя компонентами являются

:

компонент представления (визуализации) данных;

компонент прикладной логики;

компонент управления базой данных.

Действительно, любая программа, компьютеризирующая выполнение той или иной прикладной задачи, должна обмениваться информацией с пользователем, осуществлять собственно обработку этой информации в рамках автоматизации того или иного бизнес-процесса, и, наконец, хранить данные используемые в программе, на том или ином постоянном носителе.

Для локальных приложений, полностью работающих на ПЭВМ (например, Word или Excel), все эти компоненты собраны вместе и не могут быть распределены между различными компьютеры. Такая программа является монолитной и использует для выполнения ресурсы только того компьютера, на котором выполняется.

В файл-серверных приложениях часть компоненты хранения переносится на файловый сервер, однако, все манипуляции со структурами данных выполняются на клиентской машине, и код пользовательской программы тоже работает только на ней.

Критерием, позволяющим отнести прикладную программы к архитектуре клиент-сервер является то, что хотя бы один из трех ее компонентов полностью выполняется на другом компьютере, и взаимодействие между компонентами на разных компьютерах осуществляется через ту или иную сетевую среду посредством передачи запросов на получение того или иного ресурса.

Поскольку архитектура клиент-сервер является частным случаем технологии клиент-сервер, в ней обязательно есть клиент и сервер. Соответственно, выделяют клиентскую и серверную стороны приложения. Клиентская сторона приложения функционирует на рабочем месте пользователя, в роли которого в подавляющем числе случаев выступает персональный компьютер. Серверная сторона функционирует на специализированном комплексе, включающем в себя мощные аппаратные средства, требуемый набор стандартного программного обеспечения, систему управления базами данных и собственно структуры данных.

Взаимодействие клиентской и серверной частей приложения осуществляется через сеть - локальную или глобальную. При этом с точки зрения клиента и сервера взаимодействие осуществляется прозрачно, соответственно сетевой компонент здесь включает в себя совокупность необходимого сетевого оборудования, набор программных технологий, обеспечивающих передачу данных между узлами сети, а также собственно протокол или протоколы для обмена запросами и результатами их выполнения.

Компонент визуализации прикладной задачи осуществляет ввод информации пользователем с помощью тех или иных средств, а также вывод информации на экран и печать. Компонент визуализации для архитектуры клиент-сервер всегда исполняется на рабочем месте пользователя (поскольку должен же он наблюдать какие-либо результаты работы программы).

Компонент прикладной логики решает собственно ту или иную задачу, связанную с обработкой данных в той или иной предметной области. Этот компонент может быть распределен между клиентской и серверной частью различным образом в зависимости от применяемой модели.

Компонент хранения базы данных осуществляет физические операции, связанные с хранением данных, чтением информации из БД и записью в нее. В архитектуре клиент-сервер этот компонент всегда выполняется на сервере.

С точки зрения количества составных частей клиент-серверные системы делятся на двухуровневые и трехуровневые

. Двухуровневые системы состоят только из клиента и сервера. В трехуровневых же между пользовательским клиентом и сервером, осуществляющим хранение и обработку базы данных появляется третий, промежуточный слой, являющийся для пользователя сервером, а для системы управления базами данных - клиентом. Такая архитектура позволяет более гибко распределять функции системы и нагрузку между компонентами программно-аппаратного комплекса, а также может снизить требования к ресурсам рабочих мест пользователей. Необходимой платой за это является то, что подобные системы намного сложнее в разработке, внедрении и эксплуатации и требуют значительных затрат и высококвалифицированного персонала.

В третьей части рассмотрен пример трехзвенной структуры Baikonur Server .

В архитектуре клиент-сервер выделяются несколько различных моделей приложения , в зависимости от распределения компонентов приложения между клиентской и серверной частями. Исторически самой первой была разработана модель сервера удаленного доступа к данным . В этой модели серверная часть осуществляет только хранение данных, а всю прикладную логику реализует клиентская часть. При этом клиент будет передавать серверу запросы на получение данных, а сервер возвращать клиенту те или иные выборки. Самым распространенным средством общения между клиентом и сервером в этом случае является SQL (структурированный язык запросов) - стандартный непроцедурный язык, ориентированный на обработку данных.

В модели сервера удаленного доступа к данным на стороне сервера не исполняется никакой прикладной части системы, что может повлечь за собой недогрузку сервера и перегрузку клиента. Поэтому впоследствии была предложена, а затем реализована архитектура сервера базы данных . В ней часть прикладной логики реализуется на сервере, при помощи специального языка программирования, а часть - на клиенте. Это стало возможным благодаря росту производительности серверов современных СУБД. По сравнению с вариантом сервера удаленного доступа к данным, в данном случае несколько уменьшается нагрузка

на клиентскую часть, интенсивность сетевого обмена данными, а также в ряде случаев упрощается структура приложения. В настоящее время этот вариант построения систем является самым распространенным.

Еще одним вариантом архитектуры клиент-сервер является сервер приложений . В данном случае клиент выполняет только операции визуализации и ввода данных, а всю прикладную логику реализует сервер. Обмен между клиентом и сервером в таких системах осуществляется на уровне команд вывода данных на экран и результатов пользовательского ввода. Наиболее ярким примером данной архитектуры является хорошо известный веб-браузер . Чаще всего, в модели сервера приложений компоненты прикладной логики и управления данными реализуются раздельно.

Архитектуру сервера приложений часто называют так называемым "тонким" клиентом , в отличие от традиционного "толстого" клиента, реализуемого в архитектуре сервера баз данных. "Тонкий" клиент является вариантом, который может быть использован, когда ресурсов, доступных на рабочих местах пользователей, недостаточно для исполнения логики приложения. Кроме того, эта технология позволяет сократить расходы на эксплуатацию клиентских компонент системы за счет их сильного упрощения.

Предпосылки для появления архитектуры клиент-сервер на предприятии

Компьютеризация промышленного предприятия может достаточно долго проходить в рамках описанных ранее локальных рабочих мест или архитектуры файл-сервер . Тем не менее, рано или поздно может наступить момент, когда единственным вариантом для дальнейшего развития автоматизированных систем управления предприятием станет архитектура клиент-сервер . Давайте попробуем перечислить основные причины , по которым это становится необходимым.

Во-первых, архитектура клиент-сервер становится жизненно необходимой, когда число пользователей одновременно активно пользующихся одними и теми же данным превышает 10-15 человек. В силу принципиальных ограничений, присущих файл-серверным приложениям, 15 параллельно работающих пользователей такие системы переносят с трудом, а на 20 пользователях часто разваливаются. Таким образом, если перед предприятием встает задача построения системы, в которых число мест, одновременно активно работающих с данными, превышает 20, практически единственным вариантом для него является клиент-сервер.

Справедливости ради следует заметить, что большие ЭВМ тоже способны справиться с десятками или даже сотнями пользователей. Однако, из-за высокой стоимости аппаратных средств, дороговизны разработки, и, что немаловажно, немалыми затратами на эксплуатацию подобной техники и программ для нее, вариант использования централизованной архитектуры при внедрении новых систем в нашей стране почти никогда не рассматривается.

Другим критическим моментом для перехода к архитектуре клиент-сервер является переход к решению задач масштаба предприятия и управление предприятием в целом. Автоматизация отдельных рабочих мест может быть с успехом выполнена даже без использования сетевых технологий, с задачами масштаба отдела может справиться и файл-сервер, но построение интегрированной автоматированной системы охватывающей все предприятие или, по крайней мере, какую-либо из подсистем управления возможно только с использованием технологий клиент-сервер.

Еще одной ситуацией, когда клиент-сервер - единственный способ построения системы, является наличие в автоматизированной системе удаленных пользователей , с которыми необходимо обмениваться информации в реальном масштабе времени. Под реальным масштабом времени мы здесь понимаем секунды-минуты. Обмен данными на дискетах в таком случае не пригоден принципиально, а архитектура файл-сервер потребует очень высоких скоростей обмена, а это может быть либо принципиально невозможно, либо очень дорого. Отдельные примеры богатых организаций, которые строили файл-серверные системы в масштабах города (например, российский "Инкомбанк") являются исключениями, подтверждающими правило.

И, наконец, архитектура клиент-сервер необходима тогда, когда задача обеспечения целостности информации становится критической . Под критической мы здесь понимаем ситуацию, в которой цена ошибки в данных может быть сопоставима со стоимостью создания системы клиент-сервер. Прежде всего, это актуально для финансовых служб предприятий.

Попытка решить в рамках компьютеризации промышленного предприятия любую из проблем, перечисленных выше, обязательно повлечет за собой появление системы клиент-сервер. Помимо этого, эта архитектура может появиться в ходе естественного развития автоматизированных систем управления производством, даже если ограничения предыдущих архитектур на данном предприятием еще не стали критическим. Этот вариант является самым предпочтительным, поскольку при этом, с одной стороны, внедрение получает поддержку изнутри, а, с другой стороны, есть время для подготовки плавной смены архитектуры информационных приложений.

Архитектура клиент-сервер: Да, но...

Мы уже поговорили о преимуществах архитектуры клиент-сервер. Может возникнуть естественный вопрос, если она так уж хороша, то почему же до сих пор на нее не перешли все крупные пользователи информационных систем. На самом деле не все так просто.

Прежде всего, для отечественных промышленных предприятий критическим является фактор стоимости . В отличие от западных предприятий, где речь, как правило идет о замене довольно-таки дорогих централизованных систем на клиент-серверные, прямые затраты на которых меньше, отечественные предприятия почти никогда не имели достаточно средств для внедрения у себя больших централизованных систем. Очень часто имеющиеся на предприятии информационные системы построены на устаревших аппаратных средствах, которые требуют полной замены при переходе к архитектуре клиент-сервер.

Следующим большим "но" является большой объем собственно технологических изменений , возникающих при попытке внедрения архитектуры клиент-сервер. Клиент-серверная система требует другого уровня технической грамотности со стороны, как сотрудников информационных служб, так и конечных пользователей. Расходы на переподготовку пользователей и эксплуатационного персонала, перестройка структуры автоматизации предприятия составляют большую часть айсберга, чем ясно видимые прямые затраты на модернизацию аппаратуры, закупку и/или разработку требуемого обеспечения.

И, наконец, самым большим подводным камнем на пути создания КС системы на предприятии является необходимость менять структуру управления и связанные с этим организационные издержки

.

Попытка внедрить новые технологические решения ничего не меняя в сути автоматизируемых бизнес-процессов может закончиться безрезультатно. При этом предприятие понесет прямые материальные убытки из-за большого объема дорогостоящего аппаратного и программного обеспечения, лежащего мертвым грузом, а также из-за отвлечения сотрудников от выполнения основных служебных обязанностей. В лучшем случае будут внедрены отдельные участки клиент-серверной система, при этом фактически новое программное обеспечение будет использоваться на старом идейном уровне.

Если, взвесив все за и против, предприятие все-таки решилось на создание клиент-серверной система, то перед ним встает задача выбора компонентов для построения этой системы. В любом случае необходимым компонентом является тот или иной сервер баз данных корпоративного уровня. Остальные компоненты зависят от пути, избранного предприятием для дальнейшего развития автоматизированной системы управления.

Если предприятие решилось разрабатывать систему само , то перед ним стоит, прежде всего, задача выбора средств разработки. Если предприятие размещает заказ на создание системы у конкретной фирмы-разработчика, то аналогичная задача стоит перед ней.

В том случае, если принято решение не разрабатывать систему самим, а использовать одно из имеющихся на рынке решений, то главной составляющей выбора является готовая (в той или иной степени) система автоматизации предприятия . На самом деле слово "готовая" должно употребляться очень осторожно, поскольку трудно провести четкую границу между настройкой под нужды конкретного пользования и адаптацией системы, которая часто включает в себя модификацию модулей системы или даже разработку дополнительного обеспечения под нужды заказчика.

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

Преимущества

Делает возможным, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера, не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т.п.

[править]

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы, требует отдельного специалиста - системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.

[править]

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

Трёхуровневая архитектура

[править]

Сеть с выделенным сервером

Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) - это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Введение

О технологии клиент-сервер написано уже очень много. Можно заметить, что некий ажиотаж вокруг этой темы, имевший место еще два года назад, теперь определенно спал. Статьи в прессе и разговоры в кулуарах приобрели спокойный, деловой тон и обсуждают теперь, как правило, конкретные аспекты применения этой технологии. Вопроса "Быть или не быть архитектуре клиент-сервер?" теперь уже никто не поднимает - все знают, что "Быть!".

Однако многие читатели, возможно, только недавно стали интересоваться этой темой, поэтому, на наш взгляд, стоит еще раз к ней вернуться и спокойно, по-деловому, обсудить - что такое архитектура клиент-сервер, зачем она нужна и как к ней подступиться.

Что такое архитектура клиент-сервер?

Вообще говоря, клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить, конечно, о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной.

В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п..

Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов, подчеркну - файлов, а не базы данных. База данных существует только в "мозгу" рабочей станции.

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей)

В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п..

Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети.

Когда вам нужна архитектура клиент-сервер?

Даже очень детальный анализ особенностей архитектуры клиент-сервер может не ответить на вопрос "А что мне это даст?" Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему:

Надежность

Тот, кто хоть раз побывал в роли администратора базы данных в тот момент, когда эта база данных "погибла" по причине "зависания" сервера или рабочей станции, сбоя питания или еще какой-либо напасти, никогда уже не станет пренебрегать вопросами надежности (если, конечно, сумеет сохранить за собой эту роль). Если Вы еще не побывали в этой роли, надеюсь, у Вас достанет воображения, чтобы прокрутить этот триллер у себя в голове, и благоразумия, чтобы максимально обезопасить свою базу данных (и себя заодно). Чем же тут поможет архитектура клиент-сервер?

Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:

атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;

независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;

устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.

Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.

Масштабируемость

Масштабируемость - способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.

Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.

Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу.

Безопасность

Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено.

Гибкость

В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:

пользовательского интерфейса;

правил логической обработки (бизнес-правил);

управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).

Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.

В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рис. 1, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте. В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения)

Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса.

Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение.

1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты.

2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.

Этапы построения клиент-серверной системы.

Предположим, Вы сегодня используете приложение, реализованное в файл-серверной архитектуре, средствами, Microsoft Access, и думаете о его развитии. Можно рассмотреть следующие шаги.

1.Перенести базу данных на Microsoft SQL Server, сохранив интерфейс и логику работы неизменной. Вы при этом не будете использовать все преимущества архитектуры клиент-сервер, но можете быть спокойны за надежность хранения ваших данных.

2.Разработать полноценное двухуровневое клиент-серверное приложение, используя все ту же связку Access - SQL Server, которая работает очень хорошо. Делать это можно, например, постепенно меняя отдельные компоненты приложения, полученного на шаге 1. Альтернативой может быть разработка полностью нового приложения с использованием в качестве клиента Visual Basic, Delphi или любого другого из десятков имеющихся инструментов.

3.Если Вы планируете серьезный рост Вашей организации, то использование трехуровневой архитектуры позволит Вам более гибко распределять растущую нагрузку между серверами и минимизировать затраты на сопровождение и развитие системы.

Надеемся, что эта статья дала Вам общее представление об архитектуре клиент-сервер и ее преимуществах. В следующих номерах мы планируем подробнее рассказать о Microsoft SQL Server и построении систем на его основе.

Под клиент-серверным приложением мы будем понимать информационную систему, основанную на использовании серверов баз данных (см. длинное замечание в конце раздела 2.1). Общее представление информационной системы в архитектуре "клиент-сервер" показано на рисунке 2.3.

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

(Здесь опять проявляются недостатки в терминологии. Обычно, когда компания объявляет о выпуске очередного сервера баз данных, то неявно понимается, что имеется и клиентская составляющая этого продукта. Сочетание "клиентская часть сервера баз данных" кажется несколько странным, но нам придется пользоваться именно этим термином.)

Рис. 2.3. Общее представление информационной системы в архитектуре "клиент-сервер"

Заметим, что 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.

Наконец, клиентская часть сервера баз данных, используя средства сетевого доступа, обращается к серверу баз данных, передавая ему текст оператора языка SQL.

Здесь необходимо сделать еще два замечания.

1. Обычно компании, производящие развитые серверы баз данных, стремятся к тому, чтобы обеспечить возможность использования своих продуктов не только в стандартных на сегодняшний день TCP/IP-ориентированных сетях, но в сетях, основанных на других протоколах (например, SNA или IPX/SPX). Поэтому при организации сетевых взаимодействий между клиентской и серверной частями СУБД часто используются не стандартные средства высокого уровня (например, механизмы программных гнезд или вызовов удаленных процедур), а собственные функционально подобные средства, менее зависящие от особенностей сетевых транспортных протоколов.
2. Когда мы говорим об интерфейсе на основе языка SQL, нужно отдавать себе отчет в том, что несмотря на титанические усилия по стандартизации этого языка, нет такой реализации, в которой стандартные средства языка не были бы расширены. Необдуманное использование расширений языка приводит к полной зависимости приложения от конкретного производителя сервера баз данных.

Мы остановимся на этих вопросах более подробно в четвертой части курса.

Посмотрим теперь, что же происходит на стороне сервера баз данных. В продуктах практически всех компаний сервер получает от клиента текст оператора на языке SQL.

• Сервер производит компиляцию полученного оператора. Не будем здесь останавливаться на том, какой целевой язык используется конкретным компилятором; в разных реализациях применяются различные подходы (примеры см. в части 4). Главное, что в любом случае на основе информации, содержащейся в таблицах-каталогах базы данных производится преобразование непроцедурного представления оператора в некоторую процедуру его выполнения.
• Далее (если компиляция завершилась успешно) происходит выполнение оператора. Мы снова не будем обсуждать технические детали, поскольку они различаются в реализациях. Рассмотрим возможные действия операторов SQL.
• Оператор может относиться к классу операторов определения (или создания) объектов базы данных (точнее и правильнее было бы говорить про элементы схемы базы данных или про объекты метабазы данных). В частности, могут определяться домены, таблицы, ограничения целостности, триггеры, привилегии пользователей, хранимые процедуры. В любом случае, при выполнении оператора создания элемента схемы базы данных соответствующая информация помещается в таблицы-каталоги базы данных (в таблицы метабазы данных). Ограничения целостности обычно сохраняются в метабазе данных прямо в текстовом представлении. Для действий, определенных в триггерах, и хранимых процедур вырабатывается и сохраняется в таблицах-каталогах процедурный выполняемый код. Заметим, что ограничения целостности, триггеры и хранимые процедуры являются, в некотором смысле, представителями приложения в поддерживаемой сервером базе данных; они составляют основу серверной части приложения (см. ниже).
• При выполнении операторов выборки данных на основе содержимого затрагиваемых запросом таблиц и, возможно, с использованием поддерживаемых в базе данных индексов формируется результирующий набор данных (мы намеренно не используем здесь термин "результирующая таблица", поскольку в зависимости от конкретного вида оператора результат может быть упорядоченным, а таблицы, т.е. отношения неупорядочены по определению). Серверная часть СУБД пересылает результат клиентской части, и окончательная обработка производится уже в клиентской части приложения.
• При выполнении операторов модификации содержимого базы данных (INSERT, UPDATE, DELETE) проверяется, что не будут нарушены определенные к этому моменту ограничения целостности (те, которые относятся к классу немедленно проверяемых), после чего выполняется соответствующее действие (сопровождаемое модификацией всех соответствующих индексов и журнализацией изменений). Далее сервер проверяет, не затрагивает ли данное изменение условие срабатывания какого-либо триггера, и если такой триггер обнаруживается, выполняет процедуру его действия. Эта процедура может включать дополнительные операторы модификации базы данных, которые могут вызвать срабатывание других триггеров и т.д. Можно считать, что те действия, которые выполняются на сервере баз данных при проверке удовлетворенности ограничений целостности и при срабатывании триггеров, представляют собой действия серверной части приложения.

При выполнении операторов модификации схемы базы данных (добавления или удаления столбцов существующих таблиц, изменения типа данных существующего столбца существующей таблицы и т.д.) также могут срабатывать триггеры, т.е., другими словами, может выполняться серверная часть приложения.

В целом, в файл-серверной архитектуре мы имеем "толстого" клиента и очень "тонкий" сервер в том смысле, что почти вся работа выполняется на стороне клиента, а от сервера требуется только достаточная емкость дисковой памяти (рисунок 2.2).

Рис. 2.2. "Толстый" клиент и "тонкий" сервер в файл-серверной архитектуре

Краткие выводы. Простое, работающее с небольшими объемами информации и рассчитанное на применение в однопользовательском режиме, файл-серверное приложение можно спроектировать, разработать и отладить очень быстро. Очень часто для небольшой компании для ведения, например, кадрового учета достаточно иметь изолированную систему, работающую на отдельно стоящем PC. Конечно, и в этом случае требуется большая аккуратность конечных пользователей (или администраторов, наличие которых в этом случае сомнительно) для надежного хранения и поддержания целостного состояния данных. Однако, в уже ненамного более сложных случаях (например, при организации информационной системы поддержки проекта, выполняемого группой) файл-серверные архитектуры становятся недостаточными.

Являются неравноправными составляющими информационной сети. Одни владеют каким-то ресурсом, поэтому называются серверами, другие обращаются к этим ресурсам и называются клиентами. Рассмотрим, как же они взаимодействуют между собой и что собой представляет клиент-серверная архитектура.

Клиент-серверная архитектура

Архитектура «Клиент-Сервер» представляет собой взаимодействие структурных компонентов в сети на основе определенных данной сети, где структурными компонентами являются сервер и узлы-поставщики определенных специализированных функций (сервисов), а также клиенты, которые пользуются данным сервисом. Специфические функции принято делить на три группы на основе решения определенных задач:

• функции ввода и представления данных предназначены для взаимодействия пользователя с системой;
• прикладные функции - для каждой имеется собственный набор;
• функции управления ресурсами предназначены для управления файловой системой, различными базами данных и прочими компонентами.

Например, компьютер без сетевого подключения, представляет компоненты представления, прикладного назначения и управления на различных уровнях. Такого рода уровнями считаются операционная система, прикладное и служебное программное обеспечение, различные утилиты. Точно так же и в сети представлены все вышеуказанные компоненты. Главное - правильно обеспечить сетевое взаимодействие между этими составляющими.

Принцип работы клиент-серверной архитектуры

Клиент-серверная архитектура наиболее часто используется для создания корпоративных баз данных, в которых информация не только хранится, но и периодически поддается обработке различными методами. Именно база данных является главным элементом любой корпоративной информационной системы, а на сервере располагается ядро этой базы. Так, на сервере происходят наиболее сложные операции, касающиеся ввода, хранения, обработки и модификации данных. Когда пользователь (клиент) обращается к базе данных (серверу), происходит обработка запроса: непосредственно обращение к базе данных и возврат ответа (результата обработки). Результат обработки - это сообщение сети об успешном проведении операции или ошибке. Серверные компьютеры могут обрабатывать одновременно обращение нескольких клиентов к одному и тому же файлу. Такая работа и по сети позволяет ускорить работу используемых приложений.

Клиент-серверная архитектура: применение технологии

Данная архитектура используется для доступа к различным ресурсам с использованием сетевых технологий: баз данных, почтовые серверы, файрволы, прокси-серверы. Разработка клиент-серверных приложений позволяет повысить безопасность, надежность и производительность используемых приложений и сети в целом. Наиболее часто клиент-серверные приложения используются для автоматизации бизнеса.

Департамент общего и профессионального образования Брянской области

Государственное образовательное учреждение

Клинцовский текстильный техникум

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Технология «Клиент – сервер»

Студент гр. А-90______________________(Петроченко А.О.)

Преподаватель _______________________ (Широкова А.Л.)

Клинцы – 2011

1. Серверы. Основные понятия серверов

2. Модель клиент-сервер

3. Классификация стандартных серверов

4. Вывод

1. Серверы. Основные понятия серверов

Сервер (от англ. server, обслуживающий). В зависимости от предназначения существует несколько определений понятия сервер.

1. Сервер (сеть) - логический или физический узел сети, обслуживающий запросы к одному адресу и/или доменному имени (смежным доменным именам), состоящий из одного или системы аппаратных серверов, на котором выполняются один или система серверных программ

2. Сервер (программное обеспечение) - программное обеспечение, принимающее запросы от клиентов (в архитектуре клиент-сервер).

3. Сервер (аппаратное обеспечение) - компьютер (или специальное компьютерное оборудование) выделенный и/или специализированный для выполнения определенных сервисных функций.

3. Сервер в информационных технологиях - программный компонент вычислительной системы, выполняющий сервисные функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определённым ресурсам.

Взаимосвязь понятий. Серверное приложение (сервер) запускается на компьютере, так же называемом "сервер", при этом при рассмотрении топологии сети, такой узел называют "сервером". В общем случае может быть так, что серверное приложение запущено на обычной рабочей станции, или серверное приложение, запущенное на серверном компьютере в рамках рассматриваемой топологии выступает в роли клиента (т.е. не является сервером с точки зрения сетевой топологии).

2. Модель клиент-сервер

Клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети.

Процессы, реализующие некоторую службу, например службу файловой системы или базы данных, называются серверами (servers). Процессы, запрашивающие службы у серверов путем посылки запроса и последующего ожидания ответа от сервера, называются клиентами (clients) .

По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной.

В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п..

Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов. Обратите внимание - файлов, а не базы данных. Система управления базами данных расположена на рабочей станции.

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей)

Рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей

В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п..

Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети.

Что дает архитектура клиент-сервер?

Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему?

Надежность

Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:

• атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;
• независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;
• устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.

Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.

Масштабируемость

Масштабируемость - способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.

Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.

Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу.

Безопасность

Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено.

Гибкость

В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:

• пользовательского интерфейса ;
• правил логической обработки (бизнес-правил);
• управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).

Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.

В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рисунке выше, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте.

В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения )

Рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения

Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса.

Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение.

1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты.

2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.