Занятие 2. Клиент-серверные системы

(Продолжительность занятия 40 минут)

Файловые реляционные базы данных — это мощные настольные СУБД, включающие ядро и хранилище данных. Однако в условиях сложных бизнес-правил и повышенных требований к вычислительной мощности на первый план выходят клиент-серверные системы. На этом занятии Вы познакомитесь с компонентами клиент-серверных систем.

• перечислить преимущества клиент-серверных систем;
• описать стадии разработки клиент-серверного приложения;
• сопоставить различные типы клиент-серверных реализаций;
• выбрать клиент-серверную систему, подходящую для конкретной ситуации.

Архитектура клиент-сервер

Архитектура клиент-сервер предъявляет специфические требования как к клиенту, так и к серверу. Программа, удовлетворяющая этим требованиям, может считаться клиент-серверным приложением, выполняющим распределенную обработку данных (рис. 6.5).

Рис. 6.5 Клиент, связывающийся с сервером по сети

Под распределенной обработкой понимается выполнение серверной частью программы запросов клиентской части. Серверная часть приложения обеспечивает хранение данных и их обработку, а клиентская часть передает серверу соответствующие запросы.

Преимущества клиент-серверных систем

• Клиент-серверный подход — модульный, причем серверные программные компоненты компактны и автономны.
• Поскольку каждый компонент выполняется в отдельном защищенном процессе пользовательского режима, сбой сервера не повлияет на остальные компоненты операционной системы.
• Автономность компонентов делает возможным их выполнение на нескольких процессорах на одном компьютере (симметричная многопроцессорная обработка) или на нескольких компьютерах сети (распределенные вычисления).
• Обязанность клиента, как правило, — предоставлять пользовательские сервисы и, прежде всего, пользовательский интерфейс, то есть средства для приема, отображения и редактирования данных, введенных пользователем, которые служат основой для запроса серверу. Кроме того, клиент можно настроить на обработку части данных, чтобы уменьшить нагрузку на ресурсы сервера.

Проектирование клиент-серверной системы

При разработке бизнес-приложения необходимо прежде всего проанализировать постановку задачи, чтобы понять, в каком направлении разрабатывать приложение. Дизайн проекта на всех стадиях разработки должен соответствовать поставленной задаче и требованиям конкретной бизнес-ситуации.

Стадии разработки

Клиент-серверное проектирование оптимизированной системы управления базой данных состоит из четырех стадий: концептуальной, логической, физической и перспективной (рис. 6.6). Этот путь от простого к сложному позволяет реализовать базу данных, предназначенную для решения конкретной задачи.

Рис. 6.6 Стадии проектирования клиент-серверной базы данных

Концепция

На концептуальной стадии основное внимание уделяется сценариям использования приложения. Они должны отражать требования пользователей к решению конкретных проблем бизнеса. Здесь определяется бизнес-проблема и вырабатывается подход, отвечающий нуждам и требованиям пользователей.

Логика

На этой стадии на основе сценариев использования проектируются бизнес-объекты и необходимые сервисы. Логическая структура приложения представляет собой основу формальной модели для команды проектировщиков и базу для оценки различных вариантов физического решения.

Физическое решение

На этой стадии проектируются физические компоненты для объектов и сервисов. Структура и дизайн компонентов должны отражать исходные бизнес-объекты и, естественно, сценарии использования. Дополнительные задачи на этой стадии — учет существующей инфраструктуры и технологий для минимизации риска и сокращения цикла разработки.

Перспектива

Сценарии перспективного использования приложения или системы — основа будущего расширения возможностей приложения. Они отражают мнение пользователей о будущем бизнес-решения и должны быть детализированы настолько, насколько это необходимо для понимания перспективы. Например, конкретное приложение может помимо текущего сценария платежей по чекам включать и перспективный — для расчетов по кредитным карточкам.

Особенности клиента

Пользователям, работающим в сети, часто требуется запускать приложения с сетевого сервера. Клиентские компоненты должны включать средства поддержки локальной информации (в том числе и информацию из локального реестра и локальных файлов) и средства, предоставляющие пользователю доступ к серверным компонентам.

Особенности сервера

В состав серверной части должны входить основные исполняемые файлы, библиотеки и все остальные файлы, необходимые для поддержки доступа пользователей по сети. Кроме того, надо изучить требования к ресурсам сервера и на их основе принять решение относительно аппаратной конфигурации, учитывая тип процессора (например, SQL Server поддерживает процессоры Alpha AXP, MIPS и 32-разрядные процессоры семейства Intel x86) и ресурс памяти (чем больше клиентов, тем больше потребуется ОЗУ для сохранения и увеличения быстродействия).

Системы клиент-сервер

Клиент-серверная система управления базой данных может опираться на несколько типов распределения обязанностей между клиентом и сервером:

• «интеллектуальные» клиенты;
• «интеллектуальный» сервер;
• смешанные системы;
• многоуровневые системы. Схему реализации выбирают на основе анализа требований к:
• сетевому графику;
• ресурсам клиента и сервера;
• производительности базы данных.

«Интеллектуальные» клиенты

Это один из самых распространенных методов реализации клиент-серверных приложений (рис. 6.7). «Интеллектуальному» клиенту можно доверить выполнение как бизнес-логики, так и сервисов представления данных.

Рис. 6.7 Бизнес-логика реализована на клиенте

В этом случае функции сервера ограничены поддержкой собственно базы данных. Вся информация обрабатывается локально, что освобождает ресурсы сервера. Многие приложения, разработанные на Visual Basic, являются интеллектуальными клиентами.

Достоинства «интеллектуальных» клиентов

• Простота архитектуры, что облегчает разработку и сопровождение системы.
• Наличие хорошо известных и достаточно мощных средств разработки (например, Visual Basic 5.0).
• Клиент хорошо подходит для хранения текущей информации о состоянии, например первичного ключа записи, которую сейчас просматривает пользователь.

Недостатки «интеллектуальных» клиентов

• Выполнение бизнес-правил на клиенте иногда увеличивает сетевой трафик из-за необходимости передавать клиенту все данные для принятия решения на основе правил.
• Для модификации бизнес-логики необходимо повторное развертывание всех клиентов.

«Интеллектуальные» серверы

Перенеся все бизнес-правила на SQL Server, где они реализуются в виде хранимых процедур, Вы создадите «интеллектуальный» сервер (рис. 6.8). Роль сервера в такой клиент-серверной системе много шире простого хранилища файлов, доступных множеству пользователей сети. Интеллект сервера проявляется в способности выполнять команды (SQL-запросы) и возвращать результирующий набор данных.

Рис. 6.8 Бизнес-логика реализована на центральном сервере

В двухуровневой системе с «интеллектуальным» сервером бизнес-логика и сервисы представления развертываются на сервере. В этом случае бизнес-логика обычно реализуется в виде хранимых процедур и триггеров БД, так что основная часть обработки выполняется на сервере, а не на компьютере-клиенте.

Достоинства «интеллектуальных» серверов

• Увеличение производительности: бизнес-логика выполняется в том же адресном пространстве, что и код доступа к базе данных, и, кроме того, тесно интегрирована с механизмом поиска данных SQL Server. Это означает, что данные не нужно перемещать или копировать перед обработкой, а значит, сетевой трафик минимизируется.
• На сервере легче обеспечивать целостность данных.
• При необходимости бизнес-логика модифицируется централизованно, без изменения клиентов.

Недостатки «интеллектуальных» клиентов

• Повышение требований к ресурсам сервера, где выполняются все запросы и манипуляции с данными.
• Ограниченный выбор средств разработки: хранимые процедуры, например, создают на языке Transact-SQL. Хотя SQL Server поддерживает вызовы кода, написанного на других языках, этот подход сложен и в общем случае менее эффективен, нежели разработка тех же функций на Transact-SQL.

Смешанные системы

В рамках двухуровневой реализации возможны и смешанные варианты, обладающие достоинствами как интеллектуальных серверов, так и интеллектуальных клиентов (рис. 6.9). Например, клиентский компонент смешанного решения, разработанный средствами Visual Basic, может вызывать хранимые процедуры SQL Server.

Рис. 6.9 Смешанные системы: интеллектуальные клиенты и интеллектуальный сервер

Достоинства смешанных систем

• Часть бизнес-логики может быть реализована в клиентской части.
• Серверный код (например, хранимые процедуры SQL Server) одновременно доступен многим клиентам, что снижает накладные затраты при выполнении однотипных запросов.
• Эффективность работы клиентов меньше зависит от сетевого трафика.

Недостатки смешанных систем

• Бизнес-логика распределена между клиентом и сервером.
• Модернизация приложения требует распространения новых версий клиентской части среди широкой аудитории.

Многоуровневые системы

Многоуровневая система (иногда ее называют трехуровневой) позволяет разделить пользовательский интерфейс, бизнес-правила и базу данных (рис. 6.10).

Рис. 6.10 Пользовательский интерфейс, бизнес-правила и база данных размешены отдельно

В многоуровневой системе бизнес-правила реализуются как отдельные библиотеки (DLL). Их (например, написанные на Visual Basic) можно разместить на сервере. Клиент, библиотеки и база данных составляют распределенные сервисы многоуровневой системы.

Сервисы

Сервис — это набор связанных функций, выполняющих определенные действия и/или предоставляющих информацию на основе взаимодействия с пользователем. Доступ к сервису обеспечивает интерфейс, инкапсулирующий его реализацию.

Сервисная модель — это метод рассмотрения приложения как набора средств или сервисов, которые удовлетворяют запросы клиентов. Моделирование программы в виде набора отдельных сервисов позволяет повторно использовать компоненты, предоставляет доступ к ним другим приложениям и помогает распределять их выполнение между несколькими компьютерами сети.

Типы сервисов

В типичных бизнес-приложениях возможны сервисы трех категорий.

Тип сервиса	Размещение	Назначение
Пользовательский	Клиент	Представление информации и доступа к функциям приложения, навигация, сохранение целостности и непротиворечивости пользовательского интерфейса
Бизнес-сервис	Сервер	Реализация основных стратегий, генерация информации на основе данных и поддержка целостности среды принятия бизнес-решений
Сервис данных	Сервер	Структуризация данных, их хранение, извлечение и поддержка целостности

Достоинства многоуровневых систем

Разделение компонентов интерфейса, бизнес-правил и хранения данных. Возможность применения интеллектуальных клиентов. Возможность применения сервисов.

Недостатки многоуровневых систем

Необходимы сервер и сеть. Увеличивается сетевой трафик.

Резюме

Архитектура клиент-сервер позволяет разграничить обязанности сервера и клиентов, что делает ее одной из самых популярных моделей для систем масштаба предприятия. Клиент-серверное проектирование оптимизированной системы управления базой данных состоит из четырех стадий: концептуальной, логической, физической и перспективной. Реализация клиент-серверной системы управления базой данных может опираться на разные типы распределения обязанностей между клиентом и сервером. Среди них:

• «интеллектуальные» клиенты;
• «интеллектуальный» сервер;
• смешанные системы;
• многоуровневые системы.