СУБД в архитектуре клиент-сервер. Двухзвенная и трехзвенная архитектура.

Технология "клиент – сервер"

Использование технологии " клиент – сервер " предполагает наличие некоторого количества компьютеров, объединенных в сеть, один из которых выполняет особые управляющие функции (является сервером сети).

Так, архитектура " клиент – сервер " разделяет функции приложения пользователя (называемого клиентом) и сервера. Приложение-клиент формирует запрос к серверу, на котором расположена БД, на структурном языке запросов SQL (Structured Query Language), являющемся промышленным стандартом в мире реляционных БД. Удаленный сервер принимает запрос и переадресует его SQL-серверу БД. SQL-сервер – специальная программа, управляющая удаленной базой данных. SQL-сервер обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение в базе данных, формирование результата выполнения запроса и выдачу его приложению-клиенту. При этом ресурсы клиентского компьютера не участвуют в физическом выполнении запроса; клиентский компьютер лишь отсылает запрос к серверной БД и получает результат, после чего интерпретирует его необходимым образом и представляет пользователю. Так как клиентскому приложению посылается результат выполнения запроса, по сети "путешествуют" только те данные, которые необходимы клиенту. В итоге снижается нагрузка на сеть. Поскольку выполнение запроса происходит там же, где хранятся данные (на сервере), нет необходимости в пересылке больших пакетов данных. Кроме того, SQL-сервер, если это возможно, оптимизирует полученный запрос таким образом, чтобы он был выполнен в минимальное время с наименьшими накладными расходами [[6], [7]]. Архитектура системы представлена на рис. 3.3.

Все это повышает быстродействие системы и снижает время ожидания результата запроса. При выполнении запросов сервером существенно повышается степень безопасности данных, поскольку правила целостности данных определяются в базе данных на сервере и являются едиными для всех приложений, использующих эту БД. Таким образом, исключается возможность определения противоречивых правил поддержания целостности. Мощный аппарат транзакций, поддерживаемый SQL-серверами, позволяет исключить одновременное изменение одних и тех же данных различными пользователями и предоставляет возможность откатов к первоначальным значениям при внесении в БД изменений, закончившихся аварийно [[6], [7]].

Рис. 3.3. Архитектура "клиент – сервер"

Итак, в результате работа построена следующим образом:

· База данных в виде набора файлов находится на жестком диске специально выделенного компьютера (сервера сети).

· СУБД располагается также на сервере сети.

· Существует локальная сеть, состоящая из клиентских компьютеров, на каждом из которых установлено клиентское приложение для работы с БД.

· На каждом из клиентских компьютеров пользователи имеют возможность запустить приложение. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к СУБД, расположенной на сервере, на выборку/обновление информации. Для общения используется специальный язык запросов SQL, т.е. по сети от клиента к серверу передается лишь текст запроса.

· СУБД инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД, расположенной на сервере.

· СУБД инициирует обращения к данным, находящимся на сервере, в результате которых на сервере осуществляется вся обработка данных и лишь результат выполнения запроса копируется на клиентский компьютер. Таким образом СУБД возвращает результат в приложение.

· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.

Рассмотрим, как выглядит разграничение функций между сервером и клиентом.

· Функции приложения-клиента:

o Посылка запросов серверу.

o Интерпретация результатов запросов, полученных от сервера.

o Представление результатов пользователю в некоторой форме (интерфейс пользователя).

· Функции серверной части:

o Прием запросов от приложений-клиентов.

o Интерпретация запросов.

o Оптимизация и выполнение запросов к БД.

o Отправка результатов приложению-клиенту.

o Обеспечение системы безопасности и разграничение доступа.

o Управление целостностью БД.

o Реализация стабильности многопользовательского режима работы.

В архитектуре " клиент – сервер " работают так называемые "промышленные" СУБД. Промышленными они называются из-за того, что именно СУБД этого класса могут обеспечить работу информационных систем масштаба среднего и крупного предприятия, организации, банка. К разряду промышленных СУБД принадлежат MS SQL Server, Oracle, Gupta, Informix, Sybase, DB2, InterBase и ряд других [[6]].

Как правило, SQL-сервер обслуживается отдельным сотрудником или группой сотрудников (администраторы SQL-сервера). Они управляют физическими характеристиками баз данных, производят оптимизацию, настройку и переопределение различных компонентов БД, создают новые БД, изменяют существующие и т.д., а также выдают привилегии (разрешения на доступ определенного уровня к конкретным БД, SQL-серверу) различным пользователям [[6]].

Рассмотрим основные достоинства данной архитектуры по сравнению с архитектурой "файл-сервер":

· Существенно уменьшается сетевой трафик.

· Уменьшается сложность клиентских приложений (большая часть нагрузки ложится на серверную часть), а, следовательно, снижаются требования к аппаратным мощностям клиентских компьютеров.

· Наличие специального программного средства – SQL-сервера – приводит к тому, что существенная часть проектных и программистских задач становится уже решенной.

· Существенно повышается целостность и безопасность БД.

К числу недостатков можно отнести более высокие финансовые затраты на аппаратное и программное обеспечение, а также то, что большое количество клиентских компьютеров, расположенных в разных местах, вызывает определенные трудности со своевременным обновлением клиентских приложений на всех компьютерах-клиентах. Тем не менее, архитектура " клиент – сервер " хорошо зарекомендовала себя на практике, в настоящий момент существует и функционирует большое количество БД, построенных в соответствии с данной архитектурой.

Трехзвенная (многозвенная) архитектура "клиент – сервер". Трехзвенная (в некоторых случаях многозвенная) архитектура (N-tier или multi-tier). представляет собой дальнейшее совершенствование технологии " клиент – сервер ". Рассмотрев архитектуру " клиент – сервер ", можно заключить, что она является 2-звенной: первое звено – клиентское приложение, второе звено – сервер БД + сама БД. В трехзвенной архитектуре вся бизнес-логика (деловая логика), ранее входившая в клиентские приложения, выделяется в отдельное звено, называемое сервером приложений. При этом клиентским приложениям остается лишь пользовательский интерфейс. Так, в качестве клиентского приложения в описанном выше примере выступает Web-браузер. Что улучшается при использовании трехзвенной архитектуры? Теперь при изменении бизнес-логики более нет необходимости изменять клиентские приложения и обновлять их у всех пользователей. Кроме того, максимально снижаются требования к аппаратуре пользователей. Итак, в результате работа построена следующим образом: База данных в виде набора файлов находится на жестком диске специально выделенного компьютера (сервера сети). СУБД располагается также на сервере сети. Существует специально выделенный сервер приложений, на котором располагается программное обеспечение (ПО) делового анализа (бизнес-логика) [[5]]. Существует множество клиентских компьютеров, на каждом из которых установлен так называемый "тонкий клиент" – клиентское приложение, реализующее интерфейс пользователя. На каждом из клиентских компьютеров пользователи имеют возможность запустить приложение – тонкий клиент. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к ПО делового анализа, расположенному на сервере приложений. Сервер приложений анализирует требования пользователя и формирует запросы к БД. Для общения используется специальный язык запросов SQL, т.е. по сети от сервера приложений к серверу БД передается лишь текст запроса. СУБД инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД, расположенной на сервере. СУБД инициирует обращения к данным, находящимся на сервере, в результате которых результат выполнения запроса копируется на сервер приложений. Сервер приложений возвращает результат в клиентское приложение (пользователю). Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.

В двухзвенных приложениях службы представления и база данных размещаются на разных системах (компьютерах). Уровень служб представления (пользовательский интерфейс) обычно включает в себя логику работы приложения. Хорошим примером двухуровневого приложения является приложение, использующее SQL Server Enterprise Manager. У таких приложений пользовательский интерфейс и логика работы приложения размещаются в Enterprise Manager, но все данные, необходимые для функционирования приложения, находятся в базе данных SQL Server на другом компьютере. Двухзвенные приложения встречаются чаще всего. Вы, наверное, уже работали со многими такими приложениями. Эти приложения обычно написаны на языках, поддерживающих API (интерфейсы прикладного программирования) для Windows, таких, как Microsoft Visual C++ или Visual Basic. При помощи двухзвенных приложений каждый пользователь может иметь одно или несколько соединений с базой данных SQL Server. Данная архитектура может стать неэффективной из-за того, что большинство этих соединений будут простаивать большую часть времени.   Двухзвенная архитектура

Трехзвенная архитектура

В трехзвенных приложениях уровень базы данных, уровень приложения и уровень служб представления выделены в три разные компоненты. В типичных трехзвенных приложениях используется промежуточный уровень для обслуживания многочисленных соединений от уровня служб представления, благодаря чему уменьшается количество соединений с SQL Server. Кроме того, этот промежуточный уровень может выполнять значительный объем работы, связанной с реализацией специфики целевых задач (логики предметной области), освобождая базу данных для решения тех задач, которые она выполняет лучше всего, – для доставки требуемых данных.