Различные модели технологии «Клиент – сервер»

Самой первой базовой технологией для локальных сетей являлась модель файлового сервера (FS).

В свое время данная технология была очень среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPro, Clipper, Clarion, Paradox и так далее.

В модели FS функции всех трех компонентов (компонент представления, прикладной компонент и компонент доступа к ресурсам) совмещены в одном коде, который выполняется на компьютере-сервере (хосте). Компьютер-клиент в данной архитектуре вообще отсутствует, а ввод и отображение данных производятся через терминал или компьютер в режиме эмуляции терминала. Приложения обычно разрабатываются на языке четвертого поколения (4GL).

Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов. Он работает под управлением сетевых ОС и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам.

На других ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент. Технология взаимодействия клиента и сервера следующая: запрос направляется на файловый сервер, который передает СУБД, размещенной на компьютере-клиенте, требуемый блок данных. Вся обработка осуществляется на терминале (рисунок 4).

Протокол обмена представляет собой набор вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.

Рисунок 4 - Модель файлового сервера

Преимуществами данной технологии являются:

- простота разработки приложений;

- удобство администрирования и обновления ПО из-за компактного расположения всех компонентов на одном компьютере;

- низкая стоимость оборудования рабочих мест (терминалы или дешевые компьютеры с невысокими характеристиками в режиме эмуляции терминала всегда дешевле полноценных ПК). Но достоинства FS – модели перекрывают ее недостатки:

- большая загрузка сети; Несмотря на небольшой объем данных, пересылаемых по сети, время отклика является критичным, так как каждый символ, введенный пользователем на терминале, должен быть передан на сервер, обработан приложением и возвращен обратно для вывода на экран терминала. Помимо этого существует проблема распределения нагрузки между несколькими компьютерами.

- дорогостоящее аппаратное обеспечение сервера, так как все пользователи разделяют его ресурсы;

- отсутствие графического интерфейса. Благодаря решению проблем, присущих технологии «Файл – сервер» появилась более прогрессивная технология, получившая название «Клиент – сервер».

Для современных СУБД архитектура «клиент-сервер» стала фактически стандартом. Если предполагается, что проектируемая сетевая технология будет иметь архитектуру «клиент-сервер», то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер, то есть часть функций приложений будет реализована в программе-клиенте, другая - в программе-сервере.

Различия в реализации приложений в рамках технологии «Клиент-сервер» определяются четырьмя факторами:

- какие виды программного обеспечения в логических компонентах;

- какие механизмы программного обеспечения используются для реализации функций логических компонентов;

- как логические компоненты распределяются компьютерами в сети;

- какие механизмы используются для связи компонент между собой.

Исходя из этого, выделяются три подхода, каждый из которых реализован в соответствующей модели технологии «Клиент – сервер»:

- модель доступа к удаленным данным (Remote Date Access - RDA);

- модель сервера базы данных (DateBase Server - DBS);

- модель сервера приложений (Application Server - AS).

Рассмотрим функции и характеристики различных моделей технологии «Клиент-сервер».

Модель доступа к удаленным данным (RDA) – сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», при которой коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте.

Доступ к информационным ресурсам обеспечивается при помощи непроцедурного языка (например, SQL – запросов для баз данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется специальный интерфейс прикладного программирования - API).

Запросы к информационным ресурсам направляются по сети удаленному компьютеру, который обрабатывает и выполняет их, возвращая клиенту блоки данных (рисунок 1).

Рисунок 1 -Модель доступа к удаленным данным

Основным преимуществом RDA-модели является широкий выбор инструментальных средств разработки приложений, обеспечивающих быстрое создание desktop-приложений, работающих с SQL-ориентированными СУБД.

Обычно инструментальные средства поддерживают графический интерфейс пользователя с ОС, а также средства автоматической генерации кода, в которых смешаны прикладные функции и функции представления.

При этом RDA-модель имеет ряд ограничений.

Во-первых, взаимодействие клиента и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Приложение является нераспределенным, и вся его логика локализована на компьютере-клиенте, поэтому взаимодействие его с сервером посредством SQL-запросов приводит к передаче по сети данных большого объема, возможно, избыточных. Как только число клиентов возрастает, сеть становится узким местом, ограничивая быстродействие всей информационной системы.

Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDA-модели практически невозможно. Если различные по своей природе функции (функции представления и чисто прикладные функции) смешаны в одной и той же программе, написанной на языке четвертого поколения (4GL), то при необходимости изменения прикладных функций приходится переписывать всю программу целиком.

В – третьих, при коллективной работе над проектом, обычно каждому разработчику поручается реализация отдельных прикладных функций, что делает невозможным контроль за их взаимной непротиворечивостью. Каждому из разработчиков приходится программировать интерфейс с пользователем, что ставит под вопрос единый стиль интерфейса и его целостность. Сложность обновления программного обеспечения возникает еще и потому, что замену ПО необходимо производить одновременно на всех компьютерах-клиентах.

В – четвертых, из-за невозможности реализации разграничения доступа по функциям только на стороне сервера, а только на стороне клиента, возникает низкий уровень безопасности.

При этом разграничение выполняется только по таблицам базы данных, что снижает защищенность.

Несмотря на широкое распространение, RDA-модель уступает место более технологичной DBS-модели.

Модель сервера баз данных (DBS) - сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», основу которой составляет механизм хранимых процедур, реализующий прикладные функции.

В DBS – модели понятие информационного ресурса сужено до базы данных из-за того же механизма хранимых процедур, который реализован в СУБД, да и то не во всех. В DBS-модели приложение является распределенным.

Компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент (реализующий бизнес-функции) оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Хранимые процедуры также называют компилируемыми резидентными процедурами или процедурами базы данных (рисунок 2).

Рисунок 2 - Модель сервера базы данных.

Преимущества DBS-модели перед RDA-моделью очевидны: это и возможность централизованного администрирования различных функций, и снижение трафика сети из-за того, что вместо SQL-запросов по сети передаются вызовы хранимых процедур, и возможность разделения процедуры между несколькими приложениями, и экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры.

Однако есть и недостатки.

Во-первых, разнообразные процедурные расширения SQL, используемые для написания хранимых процедур, не являются языками программирования в полном смысле слова.

Они встроены в конкретные СУБД и имеют ограниченные возможности. Следовательно, система, в которой прикладной компонент реализован при помощи хранимых процедур, не является мобильной относительно СУБД. В большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования хранимых процедур, что может привести не просто к сбою, а к полной неработоспособности всей базы данных.

Во-вторых, в DBS-модели не предусмотрены разнообразные варианты взаимодействия клиента и сервера, необходимые для децентрализация приложений, например хранимые очереди, асинхронные вызовы и другие.

В-третьих, DBS-модель не обеспечивает требуемой эффективности использования вычислительных ресурсов. Ограничения в ядре СУБД не позволяют в полной мере организовать эффективный баланс загрузки, миграцию процедур на другие компьютеры-серверы БД и реализовать другие полезные функции, например запросы с приоритетом.

На практике чаще используется разумный синтез RDA- и DBS-моделей для построения многопользовательских информационных систем: поддержка целостности базы данных и некоторых простейших прикладные функции хранимых процедур (DBS-модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель). Все недостатки DBS - модели учтены в AS-модели, которая в наибольшей степени отражает сильные стороны технологии «клиент-сервер».

Модель сервера приложений (AS)

(рисунок 3)- сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», представляющая собой процесс, выполняемый на компьютере-клиенте и отвечающий за интерфейс с пользователем (ввод и отображение данных). Основным элементом данной модели является прикладной компонент, называющийся сервером приложения, функционирующий на удаленном компьютере (или нескольких компьютерах). Сервер приложений реализован как группа прикладных функций, оформленных в виде сервисов (служб). Каждый сервис предоставляет некоторые услуги всем программам, которые желают и могут ими воспользоваться.

Рисунок 3 - Модель сервера приложений.

Серверов приложений может быть несколько, и каждый их них предоставляет определенный набор услуг. Любая программа, которая пользуется ими, рассматривается как клиент приложения. Детали реализации прикладных функций в сервере приложений полностью скрыты от клиента приложения.

Клиент, которым может быть стандартный браузер, обращается с запросом к конкретной службе, при этом серверы приложений обезличены и служат для создания графического интерфейса с пользователем, что позволяет эффективно управлять балансом загрузки. Запросы, поступающие от клиента, выстраиваются в очередь к AS-процессу, который извлекает и передает их для обработки службе в соответствии с приоритетами.

Так как данные «спрятаны» за сервером приложений, в котором обычно встроена проверка полномочий клиента, в СУБД обеспечивается высокий уровень защиты данных. Доступ к информационным ресурсам, необходимым для решения прикладных задач, обеспечивается как и в RDA-модели менеджером ресурсов (например, SQL-сервер).

Из прикладных компонентов доступны такие ресурсы как, базы данных, очереди, почтовые службы и другие. Серверы приложений выполняются, как правило, на том же компьютере, где функционирует менеджер ресурсов, что избавляет от необходимости направления SQL-запросов по сети и повышает производительность системы,

Также серверы приложений могут выполняться и на других компьютерах. AS-модель является универсальной системой, в которой может быть сколько угодно уровней, взаимодействующих между собой. Четкое разграничение логических компонентов, возможность баланса загрузки между несколькими серверами, и рациональный выбор программных средств для их реализации обеспечивают модели такой уровень гибкости, защиты данных и открытости, который пока недостижим в RDA- и DBS-моделях.

В AS-модели возможна работа по медленным линиям связи, что значительно снижает трафик между клиентом и сервером приложений. Исходя из выше сказанного, именно AS-модель является фундаментом для мониторов обработки транзакций. Изучив все модели технологии «Клиент – сервер», можно сделать следующий вывод: RDA- и DBS-модели имеют в основе двухзвенную схему разделения функций. В RDA-модели прикладные функции отданы клиенту, в DBS-модели их реализация осуществляется через ядро СУБД.

В RDA-модели прикладной компонент сливается с компонентом представления, в DBS-модели интегрируется в компонент доступа к ресурсам. В AS-модели реализована трехзвенная схема разделения функций, где прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения, имеющий стандартизированные интерфейсы с двумя другими компонентами.

Результаты анализа моделей технологий «Файловый сервер» и «Клиент – сервер» представлены в таблице 1.

Несмотря на свое названия технология «Клиент –сервер» также является системой распределенных вычислений. В данном случае распределенные вычисления рассматриваются как архитектура «Клиент – сервер» с участием нескольких серверов.

Применительно к распределенной обработке термин «сервер» означает просто программу, отвечающую на запросы и выполняющую необходимые действия по запросу клиента.

Поскольку распределенные вычисления - это один из видов систем «Клиент – сервер», то пользователи получают такие же преимущества, например, увеличение общей пропускной способности и возможность многозадачной работы. Кроме того, интеграция дискретных сетевых компонентов и обеспечение их функционирования как единого целого способствует увеличению эффективности и снижению издержек.

Так как обработка осуществляется в любом месте сети, распределенные вычисления в архитектуре «Клиент–сервер» гарантируют эффективное масштабирование. Чтобы добиться баланса между клиентом и сервером, компонент приложения должен выполняться на сервере только в том случае, когда централизованная обработка более эффективна. Если логика программы, взаимодействующей с централизованными данными, сосредоточена на той же машине, что и данные, их необязательно передавать по сети, поэтому требования к сетевой среде могут быть снижены.

Таким образом, если предстоит работа с небольшими информационными системами, не требующими графического интерфейса с пользователем, можно выбрать FS - модель. Проблему графического интерфейса легко решает RDA-модель. DBS-модель является хорошим вариантом для СУБД. AS-модель является лучшим вариантом для создания больших информационных систем, а также в случае использования низкоскоростных каналов связи.

Таблица 1 - Результаты анализа моделей технологий «Файловый сервер» и «Клиент – сервер»

Критерии	«Файловый сервер»	«Клиент – сервер»
FS - модель	RDA-модель	DBS-модель	AS-модель

Сложность разработки приложений	Низкая	Низкая	Высокая	Высокая
Сложность администрирования	Низкая	Высокая	Высокая	Высокая
Степень защиты данных	Высокая	Низкая	Высокая	Высокая
Требования к характеристикам сервера	Высокие	Низкие	Высокие	Высокие
Трафик, создаваемый в сети	Низкий	Очень высокий	Низкий	Низкий
Сложность обновления ПО	Низкая	Высокая	Низкая	Низкая
Требования к характеристикам сети	Низкие	Очень высокие	Низкие	Низкие
Распределение загрузки	Нет	Есть	Есть	Есть
Требования к характеристикам рабочих станций	-	Очень высокие	Низкие	Низкие
Использование графического интерфейса	-	+	+	+
Использование символьного интерфейса	+	+	+	+

При разработке любой информационной системы можно использовать модели как в чистом виде, так и их объединение. Для этого необходимо правильно определиться не только с моделью, но и с платформой, на которой она будет реализована, так как ошибки, допущенные на этом этапе, могут свести на нет все преимущества прикладной части информационной системы. Причем большая часть недостатков, вызванных этими ошибками, выясняется, как правило, только на этапе эксплуатации.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒