Файл-сервера и клиент-сервера

 

Прикладные программы управления данными представляют собой необходимый инструмент для распределенной обработки.

Архитектура клиент-сервера сети позволяет различным прикладным программам одновременно использовать общую базу данных. Совершенно очевидно, что перенос программ управления данными с рабочих станций на сервер способствует высвобождению ресурсов рабочих станций, предоставляет возможность увеличить число частных, локально решаемых задач. Данная архитектура позволяет также централизовать ряд самых важных функций управления данными, такие, как защита информации баз данных, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов.

Одним из важных преимуществ архитектуры клиент-сервера в сетевой обработке данных является возможность сокращения времени реализации запроса. В подтверждение этому рассмотрим две базовые технологии обработки информации в архитектуре клиент-сервера сети и технологии использования традиционного файлового сервера.

Допустим, что прикладная программа базы данных загружена на рабочую станцию и пользователю необходимо получить все записи, удовлетворяющие некоторым поисковым условиям. В среде традиционного файлового сервера программа управления данными, которая выполняется на рабочей станции, должна осуществить запрос к серверу каждой записи базы данных (рис.4.11,а). Программа управления данными на рабочей станции может определить, удовлетворяет ли запись поисковым условиям, лишь после того, как она будет передана на рабочую станцию.

Очевидно, что данный технологический вариант обработки информации имеет наибольшее суммарное время передачи данных по каналам сети.

В среде клиент-сервера, напротив, рабочая станция посылает запрос высокого уровня серверу базы данных. Сервер базы данных осуществляет поиск записей на диске и анализирует их. Записи, удовлетворяющие условиям, могут быть накоплены на сервере. После того, как запрос целиком обработан, пользователю на рабочую станцию передаются все записи, которые удовлетворяют поисковым условиям (рис. 4.11,б).

Данная технология позволяет снизить сетевой трафик и повысить пропускную способность сети. Более того, за счет выполнения операции доступа к диску и обработки данных в одной системе сервер может осуществить поиск и обрабатывать запросы быстрее, чем если бы эти запросы обрабатывались на рабочей станции.

Прикладные программы баз данных клиент-сервера поддерживаются программными продуктами:

- NetWare Btrieve- программой управления записями с индексацией по ключу (выполняется на сервере);

- NetWare SQL - ядром реляционных баз данных, предназначенным для обеспечения системы защиты и целостности данных.

Службы баз данных NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell позволяют разработчикам создавать надежные прикладные программы баз данных без необходимости написания собственных программ управления записями, что обеспечивает удобный перенос прикладных программ в среду клиент-сервера.

В настоящее время разработаны десятки тысяч прикладных автономных и многозадачных программ, ориентированных на клиента версий NetWare Btrieve, NetWare SQL, которые могут быть использованы организациями, создающими или имеющими сеть ЭВМ. Более того, версии NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell для клиентов имеют согласованные API, что упрощает перенос программ из среды одного клиента в среду другого.

Файл-сервер

Рабочая станция

a) Типовая среда обработки запросов в сетях ЭВМ.

 

б) Распределенная среда обработки запросов в сетях ЭВМ.

Рис. 4.11. (а,б).Технологии обработки запросов по базовым вариантам

По степени изменчивости все базы данных (БД) можно разделить на два класса:

А - условно-постоянные (в основном для справочных систем);

Б - сильно динамичные (для банковских, биржевых систем и т.п.).

Для ведения баз данных первого и второго классов используются системы управления базами данных (СУБД), которые в значительной степени отличаются друг от друга как по функциональным возможностям, так и по эксплуатационным характеристикам.

Например,

- для условно-постоянных БД наиболее важными показателями являются показатели скорости отработки запросов и скорости формирования выходных отчетов по БД, а такие показатели, как скорость отработки транзакций и контроль целостности БД при отработке транзакций не столь критичны;

- для сильно-динамичных БД, на первый план выходят такие показатели, как скорость отработки транзакций, возможность контроля целостности, скорость формирования отчетов, согласованность по чтению и транзакциям. Менее критичны здесь скорости отработки запросов.

Поэтому любая СУБД не может одинаково успешно применяться при работе с БД разных классов. Такие системы, как CLIPPER, FOXPRO ориентированы на первый класс БД-(А), и здесь имеются неплохие результаты, а такие СУБД,как Informix, Ingres, SyBase создавались для второго класса-(Б).

Исходя из вышесказанного напрашивается вывод: найти "золотую середину", которая удовлетворяла бы требованиям обоих классов (А) и (Б). Решением этой противоречивой задачи является использование дифференциальной организации файлов базы данных, или дифференциальных файлов (ДФ).

В последнее время разработчики СУБД ведущих фирм подошли к использованию идеи ДФ. Причинами явились следующие факты:

- значительно расширился класс решаемых на IBM PC задач, так, что термин "персональный компьютер" уже не соответствует действительности;

- широкое распространение локальных вычислительных систем (ЛВС);

- разработка многопользовательских и многозадачных систем;

- стремительное развитие технической базы ЭВМ (в большей степени дисковой памяти).

Остановимся на сути ДФ применительно к БД в ЛВС. Реализация идеи ЛВС в различных СУБД значительно отличается.

Идея ДФ включает три положения:

- основной файл БД остается неизменным при любых обновлениях базы данных, т.е.,

- любые изменения БД последовательно накапливаются в специальном файле изменений (не путать с журналом транзакций) - ДФ;

- никакие индексы для него не создаются и не поддерживаются.

Когда ДФ достигнет значительных размеров (примерно 25-40% от размеров БД), администратор вносит все изменения в основной файл БД в удобный момент времени в пакетном режиме.

В качестве примера возьмем сравнение книги, где наблюдаются опечатки в страницах и, базы данных с ДФ. Нет необходимости переиздания книги из-за нескольких опечаток или незначительных изменений. Если это количество имеет тенденцию к значительному росту и достигло предельного значения, то становятся оправданными затраты на переиздание книги, куда должны быть включены все накопленные изменения.

Достоинства ДФ относятся к обеспечению высокой надежности, целостности БД и скорости отработки транзакций.

Вопрос, какие скорости отработки транзакций можно обеспечить при использовании ДФ, является довольно важным. Очевидно, что скорость отработки транзакций при такой организации БД возрастет в десятки раз. При этом сервер базы данных практически напоминает обычный файл-сервер.

Что касается индексов, то проблемы их поддержания не существует (скорости добавления, удаления и модификации записей БД находятся на самом высоком уровне). Внесение добавлений в БД не отличается от добавлений в обычный последовательный файл. Время обновления записей БД не зависит ни от размеров БД, ни от длины ключей, ни от их числа. Временные затраты на блокировку (как одно из узких мест для БД и ЛВС) сведены к минимуму.

Для того чтобы обеспечить согласованность данных по чтению нет необходимости блокировать целиком таблицу, что имеет место в ряде СУБД, т.е., когда запрос (или формируемый отчет) начинает выполняться, СУБД "запоминает" старший адрес в ДФ (моментальный снимок). При этом пользователь, инициализирующий свой запрос, не обязан ждать "своего момента". Он "не видит" никого из пользователей и получает снимок БД именно в этот момент времени. Далее, по мере выполнения запроса (даже очень быстрого) часть записей-целей могла быть или изменена или удалена. Это отразится только на старших адресах ДФ, а поэтому СУБД просто проигнорирует любые изменения данных, случившиеся после начала выполнения запроса. Гарантируется корректировка сложных и длительных запросов к БД, т.е. обеспечение согласованности по чтению и транзакциям.

Использование ДФ обеспечивает:

- возможность администратору восстанавливать случайно удаленные записи;

- возможность (при необходимости) хранить индексные файлы на самих рабочих станциях;

- возможность создания распределенных БД;

- одновременное выполнение транзакций.

Корпоративные технологии

Корпоративная система (система управления) -это автоматизированная система управления достаточно крупным предприятием, имеющим сложную орга­низационно-производственную структуру. К предприяти­ям или организациям такого типа можно отнести, например, промышленные предприятия с разветвленной цеховой струк­турой производства, предприятия энергоснабжения и связи, торговые оптово-закупочные предприятия, базы, администра­ции округов.

Корпоративные системы должны работать в сети и вклю­чать в себя все функциональные комплексы задач, обеспечивать автомати­зированное управление предприятиями, организациями, ведомствами.

Корпоративные системы (системы автоматизации и управления корпорацией, компанией, финансовой группой и т.п.) включают в себя значительно больше функций, чем просто управление предприятием. Корпорация может объединять различные управленческие, производственные, финансовые и другие структуры, иметь несколько территориально удаленных филиалов, предприятий, торговых фирм, занимающихся самыми разнообразными ви­дами деятельности (производственной, строительной, добы­вающей, банковской, страховой и пр.). Здесь на первый план выходят скорее проблемы правильной организации информационного обеспечения: уровней иерархии, агрегирования ин­формации, ее оперативности и достоверности, консолидации данных и отчетов в центральном офисе, организации доступа к данным и их защиты, технологии согласованного обновле­ния единой информации общего доступа. В качестве компонентов системы присутствуют: функционально полная подси­стема бухгалтерского учета с возможностью использования различных международных стандартов; подсистемы оперативного, производственного учета, учета кадров, различные под­системы управления, делопроизводства и планирования, ана­лиза и поддержки принятия решений и пр. Причем, бухгал­терская составляющая в такой системе не является главенству­ющей, т.к. подобные разработки ориентированы больше на руко­водителей компаний и управляющих разных уровней. В такой системе важнее взаимосвязь и согласованность всех составных частей, непротиворечивость их данных, а также активность применения системы для управления компанией в целом.

В настоящее время весьма актуален переход от небольших локальных сетей персональных компьютеров к промышленным корпоративным информационным системам. Большинство средних и крупных государственных и коммерческих организаций постепенно отказываются от использования только ПК, задачей сегодняшнего дня - создание открытых и распределенных информационных систем.

На сегодняшний день развитие информационных технологий - создание единых сетей предприятий и корпораций, объединяющих удаленные компьютеры и локальные сети, часто использующие разные платформы, в единую информационную систему.
Т.е. необходимо объединить пользователей компьютеров в единое информационное пространство и предоставить им совместный доступ к ресурсам. Однако здесь возникает множество трудностей, связанных с решением задачи по организации каналов связи (кабель Ethernet не протянешь по городу, а тем более до другого конца планеты). При построении корпоративных сетей иногда используются телефонные каналы, но связь по таким коммутируемым линиям ненадежна, аренда выделенных линий связи дорога, а эффективность такого канала невысокая. Проблема возникает и при интегрировании в корпоративную сеть разнородных ЛВС, а также в подключении больших компьютеров, например, IBM mainframe или VAX. Сложности возникают и при объединении в одну локальную сеть компьютеров с разными ОС. Поэтому построение корпоративной сети задача не из легких.

Проблема первая - это каналы связи. Самым оптимальным вариантом является использование уже существующих глобальных сетей передачи данных общего пользования, чтобы коммуникационный протокол в корпоративной сети совпадал с принятым в существующих глобальных сетях. Наиболее рациональным выбором здесь следует считать протокол Х.25. Данный протокол позволяет работать даже на низкокачественных линиях связи, так как разрабатывался он для подключения удаленных терминалов к большим ЭВМ и соответственно включает в себя мощные средства коррекции ошибок, освобождая от этой работы пользователя.

Дальнейшее развитие Х.25 - Frame Relay, а также новые протоколы типа АТМ, хотя и обещают значительно большие скорости, требуют практически идеальных линий связи и, возможно, не скоро будут широко применяться в ближайшем будущем. Существующие в нашей стране глобальные сети общего доступа - SprintNet, Infotel, Pochet и прочие - построены на базе Х.25

Протокол Х.25 позволяет организовать в одной линии до 4096 виртуальных каналов связи. Если протянуть к офису одну выделенную линию, то ее можно использовать для объединения нескольких удаленных офисов, подключения корпоративных информационных ресурсов, доступа к системам электронной почты, базам данным - одновременно.

Выделенная линия - это обычная телефонная линия, с которой можно работать на скоростях 9600-28800 бит/с. Более скоростные линии (64 Кбит/с и >) стоят значительно дороже.

Обычно сети Х.25 строятся на двух типах оборудования - Switch или центр коммутации пакетов (ЦКП) и PAD (packet assembler/disassembler - сборщик/разработчик пакетов), называемый также пакетным адаптером данных (ПАД), или терминальным концентратором. ПАД служит для подключения к сети Х.25 оконечных устройств через порты. Примером использования ПАД в корпоративной сети - подключение банкоматов к центральному компьютеру банка.

ЦКП (центр коммутации пакетов) - его задача состоит в определении маршрута, т.е. в выборе физических линий и виртуальных каналов в них, по которым будет пересылаться информация.

 

Информационные технологии служат основной цели – построению информационных систем, которые могут существенно различаться как по масштабам, так и по классу решаемых задач. В стандартный набор при создании информационных технологий входят стоимость, производительность и надежность. Но при этом необходимо заметить, что это характеристики не самих технологий, а продукции, полученной на их основе. Сюда же следует включить стоимость сопровождения, стоимость подготовки обслуживающего персонала, удобство использования и т.д. Естественно, требования, выдвигаемые к стоимости, производительности и надежности вытекают из задач, для решения которых и создаются эти продукции.

Сложно дать точное определение корпоративным или некорпоративным (персональным) технологиям. Рассматривая такой атрибут как надежность, можно сказать, что здесь кроется основное отличие систем коллективного пользования от систем персональных. При выходе из строя персональной системы страдает один пользователь, а при отказе системы, обслуживающей сотни и тысячи человек, последствия несоизмеримо тяжелее. Проблема обеспечения максимальной надежности очень строго стоит на всех уровнях корпоративных технологий, будь то аппаратные, программные или организационные уровни.

Что касается производительности или «пропускнойспособности», то для пользователя она (производительность) неинтересна, если его запросы выполняются в пределах ограничений на время отклика. Иначе обстоит дело для системы коллективного пользования. Пропускная способность является одной из основных задач администратора системы, так как именно он отвечает за то, чтобы система обслуживала бы заданное количество пользователей, обеспечивая при этом приемлемые характеристики для каждого конкретного пользователя. Иначе говоря, корпоративные системы предназначены для коллективного обслуживания и любой корпоративный сервер мощнее персонального компьютера.

Перед корпоративными и персональными технологиями стоят задачи увеличения производительности систем, и только принципы определения этой производительности могут различаться. Для одних – это выходная мощность, для других – пропускная способность. Рассматривая последний фактор, приходим к выводу, что он является общим понятием, так как для обеспечения пропускной способности системы в целом, необходимо чтобы некоторые ее подсистемы имели высокую выходную мощность.

Следствием надежности и производительности является стоимость. Она также распространяется и на количество построенных на определенной технологии систем. В пересчете на количество операций в секунду стоимость мэйнфрейма или корпоративного сервера выше, чем персонального компьютера. Это разные устройства и предназначены они для решения разных, хотя и в чем-то схожих задач. При производстве таких устройств необходимы дополнительные затраты, идущие на исследовательские работы, двойное (тройное) резервирование всех критических подсистем, на тестирование и доводку и т.д. Не маловажное значение для сложных систем имеет стоимость их эксплуатации и сопровождения, модернизации и обучения персонала.

При минимизации стоимости системы, подход, применяемый в корпоративных технологиях, существенно отличается от подхода персональных технологий. Корпоративные технологии на всех уровнях системы предназначены для уменьшения стоимости эксплуатации системы за определенный период времени. Из этого следует, что при построении разных классов систем необходимо применение различных технологий, или, иначе говоря, корпоративным системам – корпоративные технологии.

В ближайшем будущем Internet станет основной платформой, на которой будут поставляться системы поддержки и принятия решений (СППР) для внутри- и межкорпоративных приложений. Прикладные коммерческие СППР, использующие Web, должны обладать следующими свойствами:

· доступам к данным по принципу самообслуживания;

· высоким уровнем доступности;

· высокой производительностью;

· возможностью использования, не требующего администрирования программного обеспечения клиентов

(Ориентированные на работу через Web клиенты должны поддерживать автоматическую загрузку из сети и обеспечивать отказ от выполняемой в обход браузера инсталляции какого-либо программного обеспечения);

· продуманной системой безопасности;

· унифицированными метаданными;

· поддержкой неструктурированных данных

Полноценный доступ пользователей к неструктурированным данным, как и к тому, которым они располагают по отношению к структурированным или реляционным базам.