Архитектура компьютерных систем в КИС

В настоящее время для решения корпоративных задач применяется множество разновидностей компьютерных систем (КС), разных как по назначению, так и по своей архитектуре. В зависимости от распределения функций между КС, они могут выступать в роли сервера, который предоставляет некие информационные услуги по запросу, или клиента, запрашивающего эти услуги у сервера. При этом подразумевается, что все виды КС взаимодействуют друг с другом посредством информационной сети и на соответствующих устройствах функционирует все необходимое системное и прикладное программное обеспечение.

Возможны следующие варианты взаимодействия КС в рамках корпоративной сети: одноранговая сеть – функции клиента и сервера совмещаются в КС, сеть с выделенными серверами, гибридный вариант.

Во всех названных случаях можно выделить клиентские компьютерные системы, которые предназначены в основном для решения персональных задач одного сотрудника – это работа с локальными приложениями или доступ к общим корпоративным ресурсам. К таким системам относятся персональные компьютеры (ПК), сетевые рабочие станции («толстые» клиенты), терминалы («тонкие» клиенты, X-терминалы, NetPC), ноутбуки и нетбуки, карманные компьютеры (PDA – personal digital assistant), планшеты, смартфоны и коммуникаторы, промышленные компьютеры.

Характер взаимодействие клиентских КС с серверами в основном определяется общей архитектурой совместной работы программных приложений КИС. Выделяют три основных параметра организации работы приложений:

способ разделения приложения на части, выполняющиеся на разных КС;

выделение специализированных КС, на которых выполняются некоторые общие для всех приложений функции;

способ взаимодействия между частями приложений, работающих на разных КС.

Программные приложения условно можно разделить на следующие функциональные части:

средства представления данных на экране;

уровень представления – описывает правила взаимодействия пользователя с приложениями;

уровень логики – правила для принятия решений, вычислительные процедуры и т. п.;

уровень данных – операции с данными, хранящимися в некоторой базе данных (БД);

операции базы данных – действия СУБД, вызываемые в ответ на выполнение запросов уровня данных;

файловые операции – стандартные операции над файлами и файловой системой.

Подобное деление относится как к современным локальным системам типа «сам в себе», так и к клиент-серверным приложениям, под которыми, например, в узком смысле, понимается информационная система, основанная на использовании серверов баз данных. В этом случае на стороне клиента выполняется приложение, в которое обязательно входят программные компоненты, поддерживающие интерфейс с конечным пользователем, производящие отчеты, выполняющие другие специфичные для приложения функции. Клиентская часть приложения взаимодействует с клиентской частью программного обеспечения управления базами данных, являющейся интерфейсом СУБД для приложения. Этот интерфейс, как правило, основан на использовании языка структурированных запросов SQL, поэтому некоторые функции предобработки данных (подготовка данных для запросов к базе данных или формирование результирующих отчетов) выполняются в этой части клиентского приложения. Эта часть, используя средства сетевого доступа, обращается к серверу баз данных, передавая ему текст запроса на языке SQL. Сервер производит интерпретацию полученного запроса и необходимые действия над информацией, содержащейся в базе данных. Далее серверная часть СУБД пересылает результат выполнения запроса клиентской части, и окончательная обработка производится уже в клиентской части приложения. Подобная организация функционирования информационной системы является базовой для многих приложений и сервисов: для самих СУБД, почтовой системы, web-сервисов, систем электронного документооборота и т. д.

В настоящее время выделяют несколько видов типовой архитектуры
совместной работы программных приложений: двухзвенные, многозвенные и распределенные.

Двухзвенные схемы описывают разделение функций приложения между двумя КС, возможны следующие варианты: централизованная обработка данных, архитектура «файл-сервер» и «клиент-сервер».

Централизованная архитектура взаимодействия показана на рис. 8. В этом случае ресурсы клиентской КС используются в незначительной степени, загружаются только средства ввода-вывода, что характерно для терминальных КС. Недостатками являются недостаточная масштабируемость и низкая отказоустойчивость.

КС1		КС2
Интерфейс		Логика приложений и обращения к БД	Операции базы данных	Файловые операции
Клиент		Сервер

Рис. 8. Двухзвенные схемы – централизованная обработка данных

Архитектура «файл-сервер» (рис. 9) характеризуется хорошей масштабируемостью, поскольку дополнительные пользователи и приложения незначительно увеличивают нагрузку на центральную КС – файловый сервер, однако возможно увеличение времени реакции на приложения. Клиентская КС должна иметь высокую производительность, чтобы справляться с представлением данных, логикой приложений, логикой данных и поддержкой операции БД.

КС1				КС2
Интерфейс	Логика приложений и обращения к БД	Операции базы данных		Файловые операции
Клиент			Сервер

Рис. 9. Двухзвенные схемы – «файл-сервер»

На рис. 10 показана клиент-серверная схема взаимодействия, в которой функции между клиентской и серверной частями системы распределяются более равномерно: клиентская КС выполняет функции, специфические для данного приложения, а сервер – функции, реализация которых не зависит от специфики приложения, и данные функции могут быть оформлены в виде сетевых служб.

Трехзвенная или многоуровневая архитектура взаимодействия (рис. 11) предполагает наличие сервера приложений как промежуточного элемента, который реализует логику приложений и решает проблему недостаточной вычислительной мощности клиентских КС для сложных приложений, упрощает администрирование и поддержку системы, делает систему универсальной.

КС1				КС2
Интерфейс	Логика приложений и обращения к БД				Операции базы данных		Файловые операции
Клиент						Сервер

Рис. 10. Двухзвенные схемы – «клиент-сервер»

Архитектура распределенных систем является более сложной с точки зрения организации и рассматривается как система взаимодействующих однотипных КС, способных обеспечивать хранение локальных копий важных данных и выполнение приложений в рамках единой задачи. Такие системы основаны на применении механизма репликации, позволяющего производить копирование-обмен данными между различными КС и централизованным хранилищем данных. Репликации могут выполняться как по синхронной схеме, так и по асинхронной.

 

КС1		КС2		КС3
Интерфейс		Логика приложений и обращения к БД		Операции базы данных	Файловые операции
Клиент		Сервер приложений		Сервер баз данных

Рис. 11. Трехзвенная схема

Отдельно следует выделить архитектуру web-приложений, основанную на трехзвенной архитектуре, с использованием универсального web-клиента – браузера, что не требует применения дополнительного ПО на стороне клиента, значит, позволяет автоматически реализовать клиентскую часть на различных программно-аппаратных платформах КС. Такая архитектура реализует «интернет/интранет»-подход в КИС и имеет высокую степень масштабируемости, устойчивости, доступности, универсальности и унификации. Последние характеристики расширяются с применением сервис-ориентированной архитектуры (SOA, service-oriented architecture). Это модульный подход к разработке программного обеспечения, основанный на использовании сервисов (служб) со стандартизированными интерфейсами, например, на базе языка XML.