Модели клиент-сервер в технологии БД

1. Модели клиент- сервер в технологии БД

Вычислительная модель клиент-сервер исходно связана с парадигмой открытых систем, которая появилась в 90-х годах и быстро развивалась. Термин клиент-сервер исходно применялся к архитектуре, при которой клиентский процесс запрашивает некоторые услуги, а серверный процесс обеспечивает их выполнение.

Реализация архитектуры клиент - сервер, применительно к разработке БД   позволяет более полно использовать ресурсы сети. Нагрузка равномерно распределяется между компьютером сервером и компьютером клиентом, который также как и сервер обладает собственными ресурсами.

Основной принцип технологии клиент – сервер применительно к технологии БД заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на 5 групп, имеющих различную природу:

· Функции ввода и отображения данных (Presentation Logic).

· Прикладные функции, определяющие основные алгоритмы решения задач приложения (Business Logic).

· Функции обработки данных внутри приложения (Database Logic).

· Функции управления информационными ресурсами (Database Manager  System).

· Служебные функции, играющие роль связок между функциями первых 4-х групп.

Рекомендуемые материалы

Структура типового интерактивного приложения, работающего с БД, приведена на рисунке 2.

рис.

Презентационная логика – эта часть приложения, определяющая то, что пользователь видит на экране. Сюда относятся, интерфейсные экранные формы, а также все, что выводится пользователю на экран, как результаты решения промежуточных задач или справочная информация.

Основными задачами презентационной логики являются:

· Формирование  экранных изображений;

· чтение и запись в экранные формы информации;

· управление экраном;

· обработка движений мыши и нажатия клавиш клавиатуры.

Бизнес- логика или логика приложений - это часть кода приложения, которая определяет собственно алгоритмы решения задач приложения. Обычно этот код пишется с помощью различных языков программирования: С, Соbol, Visual Basic.

Логика обработки данных  - это часть кода приложения, которая связана с обработкой данных внутри приложения. Данными управляет собственно СУБД. Для обеспечения доступа к данным используются язык запросов и средства манипулирования данными языка SQL. Процессор управления данными – это собственно СУБД, которая обеспечивает хранение и управление БД.

В централизованной архитектуре эти функции располагаются в единой среде и комбинируются внутри исполняемой программы. В децентрализованной архитектуре эти задачи могут быть по-разному распределены между серверным и клиентским процессами. В зависимости от характера распределения можно выделить следующие модели распределений:

· распределенная презентация; (часть представления на клиенте, часть на сервере, на севере – все остальные части)

· удаленная презентация; (вся презентация на  клиенте – все остальное на сервере)

· распределенная бизнес логика; (презентация и часть бизнес-логики на клиенте)

· распределенное управление данными; (презентация, бизнес-логика, и часть управления данными на клиенте);

· удаленное управление данными (презентационная и бизнес-логика на клиенте, остальное на сервере).

· распределенная БД.

Эта классификация показывает, как задачи могут быть распределены между серверным и клиентским процессами.

Двухуровневые модели

Двухуровневая модель предполагает распределение всех указанных функций между 2-мя процессами, которые выполняются на 2-х платформах – клиенте и сервере.

В чистом виде почти никакая модель не существует.

2. Модель удаленного доступа к данным

В этой модели презентационная логика и бизнес-логика располагаются на клиенте. На сервере располагается база данных и ядро СУБД (см. рис.3).

Обращение за сервисом управления данными происходит с помощью языка SQL. Достоинство модели – наличие большого числа готовых СУБД, имеющих SQL - интерфейсы и набор инструментальных средств, обеспечивающих создание клиентских приложений. В этой модели по сети передаются SQL-запросы, в ответ на запросы клиент получает  не блоки файлов, а только данные, релевантные запросу. Основное достоинство – унификация интерфейса клиент- сервер, стандартом при общении клиента и сервера становится язык SQL.  Недостатки: достаточно высокая загрузка системы передачи данных, вследствие того, что вся логика сосредоточена в приложении, а обрабатываемые данные расположены на удаленном узле. 

Эти системы неудобны с точки зрения модификации и сопровождения. Даже при незначительном изменении функций системы требуется переделка всей прикладной части. Так как на клиенте расположена и презентационная логика и бизнес-логика приложения, то при повторении аналогичных функций  в разных приложениях код соответствующей бизнес-логики должен быть повторен для каждого клиентского приложения.

Сервер в этой модели играет пассивную роль, поэтому функции информационного управления должны выполняться на клиенте. Например, если необходимо выполнять контроль страховых запасов на складе, то каждое приложение, которое связано с изменением состояния склада, после выполнения операций модификации данных, имитирующих продажу или удаления товара со склада, должно выполнять проверку на объем остатка.  В случае если он меньше страхового запаса, необходимо формировать соответствующую заявку на поставку требуемого товара. Это может вызвать необоснованный заказ дополнительных товаров несколькими приложениями.

3. Удаленная презентация (Модель сервера БД)

Модель сервера БД приведена на рисунке 4.

                                                                   

Рисунок 4

Модель сервера БД отличается тем, что функции компьютера клиента ограничиваются  представлением информации, в то время как прикладные функции обеспечиваются приложением, находящимся на компьютере-сервере. Эта модель является более технологичной, чем модель удаленного доступа.

Для того чтобы избавиться от недостатков модели удаленного доступа, должны быть соблюдены следующие условия:

· Необходимо, чтобы БД, в каждый момент отражала текущее состояние предметной области.

· БД должна отражать некоторые правила предметной области, законы, по которым она функционирует. Например, завод может нормально функционировать только в том случае, когда имеется достаточный запас деталей определенной номенклатуры, деталь может быть запущена в производство только в том случае, если на складе имеется достаточно материала для ее изготовления и т.д.

· Необходим постоянный контроль над состоянием БД, отслеживание всех изменений и адекватная реакция  на них. Например, при уменьшении товарного запаса ниже критического уровня должна быть сформирована заявка на поставку соответствующего товара.

Такую модель поддерживают большинство современных СУБД: Informix, Oracle, Sybase, MS SQL Server. Основу данной модели составляет механизм хранимых процедур как средство программирования SQL сервера,  механизм триггеров как механизм отслеживания текущего состояния информационного хранилища и механизм ограничений на пользовательские типы данных, который  называется механизмом поддержки  доменной структуры. Процедуры обычно хранятся в словаре БД и разделяются несколькими клиентами. Хранимые процедуры могут выполняться в режимах интерпретации и компиляции. Клиентское приложение обращается серверу с командой запуска хранимой процедуры, а сервер выполняет эту процедуру и регистрирует все изменения в БД, которые в ней предусмотрены. Сервер возвращает клиенту данные, соответствующие его запросу, которые требуются либо для вывода на экран, либо для выполнения части бизнес-логики, которая расположена на клиенте. Трафик обмена информацией между клиентом и сервером заметно уменьшается.

Централизованный контроль целостности данных в модели сервера БД выполняется с использованием механизма триггеров. Триггеры также являются частью БД. Термин триггер взят из электроники и семантически точно отражает механизм отслеживания специальных событий, которые связаны с состоянием БД. Ядро СУБД проводит мониторинг всех событий, которые вызывают созданные и описанные триггеры в БД, и при наступлении соответствующего события сервер запускает соответствующий триггер. Триггер представляет собой некоторую программу, которая выполняется над БД. Триггеры могут вызывать хранимые процедуры.

В данной модели сервер является активным, потому что не только клиент, но и сам сервер, используя механизм триггеров, может быть инициатором обработки данных в БД. И хранимые процедуры, и триггеры хранятся в словаре БД, они могут быть использованы несколькими клиентами, что существенно уменьшает дублирование алгоритмов обработки данных в разных клиентских приложениях. Для написания хранимых процедур и триггеров используется расширения стандартного языка SQL.

Достоинства модели -   возможность хорошего центра­лизованного администрирования приложений на этапах разработки, сопровождения и модификации, а также эффективное использование вычислительных и коммуникационных ресурсов. Один из недостатков модели связан с ограничениями средств разработки хранимых процедур. Основное ограничение - сильная привязка операторов хранимых процедур к используемой СУБД. Язык написания хранимых процедур, по сути, является процедурным расширением языка SQL и не может соперничать по функциональным возможностям с традиционными языками, такими как С или Паскаль. Другой недостаток  -  очень большая загрузка сервера.

Если мы переложили большую часть бизнес логики приложения на сервер, то требования к клиентам в этой модели резко уменьшаются. Иногда такую модель называют моделью с тонким клиентом, в отличие от предыдущих, где на клиента возлагались гораздо более серьезные задачи.

Возможна модель распределенной бизнес-функции, в которой общая часть бизнес-функций реализована на сервере, а специфические функции обработки информации находятся на клиенте. Функции общего характера могут включать в себя стандартное обеспечение целостности данных, например, в виде хранимых процедур, а оставшиеся прикладные функции реализуют специальную прикладную обработку.

4. Модель распределенной БД

Эта модель предполагает использование мощного компьютера клиента, причем данные хранятся и  на компьютере-клиенте и на компьютере-сервере. Взаимосвязь обеих БД может быть 2-х разновидностей:

а) в локальной  и удаленной базах хранятся отдельные части единой БД;

б) локальная и удаленная БД являются синхронизируемыми друг с другом копиями.

Достоинство – гибкость разрабатываемых ИС позволяющих компьютеру клиенту обрабатывать и локальные и удаленные БД. Недостаток – высокие затраты при выполнении большого числа одинаковых приложений на компьютерах клиентах.

5. Модель сервера приложений

Эта модель является расширением 2-хуровневой модели и в ней вводится дополнительный промежуточный уровень между клиентом и сервером. Этот промежуточный уровень содержит один или несколько серверов приложений.

В этой модели компоненты делятся между тремя исполнителями:

6. Клиент обеспечивает логику представления, включая графический пользовательский интерфейс; клиент может запускать локальный код приложения клиента, который может содержать обращения к локальной БД, находящейся на компьютере- клиенте. Клиент исполняет коммуникационные функции, которые обеспечивают доступ клиенту в локальную или глобальную сеть.

7. Серверы приложений представляет собой новый дополнительный уровень архитектуры. На сервере приложений реализуется несколько прикладных функций, каждая из которых оформлена как служба предоставления услуг всем требующим этого программам. Серверов приложений может быть несколько, причем каждый из них предоставляет свой вид сервиса. Любая программа, запрашивающая услугу у сервера приложений, является для него клиентом. Поступающие к серверам от клиентов запросы помещаются в очередь.

8. Серверы БД в этой модели занимаются исключительно функциями СУБД: обеспечивают создания и ведения БД, обеспечивают функции хранилищ БД, кроме того, на них возлагаются функции создания резервных копий, восстановления БД после сбоев, управления выполнением транзакций.

Эта модель обладает большей гибкостью, чем двухуровневая модель.

9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите основные функции стандартного интерактивного приложения, связанного с обработкой баз данных.

8. Вскрытие штольней - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

2. Перечислите основные задачи презентационной логики.

3. Что включает в себя бизнес-логика приложения?

4. Перечислите варианты распределения функций стандартного интерактивного приложения в архитектуре клиент-сервер.

5. Назовите основные  двухуровневые модели архитектуры клиент-сервер.

6. В чем заключаются особенности модели удаленного доступа к данным?

7. Какими средствами реализуется бизнес-логика при использовании модели удаленной презентации?