Архитектура аппаратно-программных средств распределенной обработки информации для интранет-технологии

 

 

МОСКОВСКИЙ  ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ  И АВТОМАТИКИ (ТУ)

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по предмету системное программное обеспечение

 

 

 

Тема: Архитектура аппаратно-программных  средств распределенной обработки информации для интранет-технологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студента группы ВВ-22-95

Головченко В.

Преподаватель Малыгина О.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 1998

Содержание

1. Архитектура  “клиент-сервер”     

1.1. Открытые  системы        

1.2. Клиенты и серверы локальных  сетей    

1.3. Системная архитектура “клиент-сервер”   

1.4. Серверы баз данных       

1.5. Принципы  взаимодействия между клиентскими

 и серверными частями       

1.6. Преимущества  протоколов удаленного вызова

 процедур         

1.7. Типичное  разделение функций между клиентами

 и серверами         

1.8. Архитектуры процессора базы данных   

 

2. Трехуровневая  архитектура “клиент-сервер”  

 

3. Программные  средства разработки     

3.1. Универсальные  средства      

3.2. Персональные  СУБД       

 

4. Intranet и архитектура  “клиент-сервер”.

4.1. Двухуровневая  архитектура “клиент-сервер”

4.2. Трехуровневая  архитектура “клиент-сервер”

4.2.1. Программы  расширения серверной части

 

5. Пример базы  данных        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Архитектура "клиент-сервер"

Применительно к системам баз данных архитектура "клиент-сервер" интересна и актуальна главным образом потому, что обеспечивает простое и относительно дешевое решение проблемы коллективного доступа к базам данных в локальной сети.

 

 

1.1. Открытые  системы

Реальное распространение  архитектуры "клиент-сервер" стало возможным благодаря развитию и широкому внедрению в практику концепции открытых систем. Поэтому мы начнем с краткого введения в открытые системы.

 

Основным смыслом  подхода открытых систем является упрощение комплексирования вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов. Главной побудительной причиной развития концепции открытых систем явились повсеместный переход к использованию локальных компьютерных сетей и те проблемы комплексирования аппаратно-программных средств, которые вызвал этот переход. В связи с бурным развитием технологий глобальных коммуникаций открытые системы приобретают еще большее значение и масштабность.

 

Ключевой фразой открытых систем, направленной в сторону  пользователей, является независимость от конкретного поставщика. Ориентируясь на продукцию компаний, придерживающихся стандартов открытых систем, потребитель, который приобретает любой продукт такой компании, не попадает к ней в рабство. Он может продолжить наращивание мощности своей системы путем приобретения продуктов любой другой компании, соблюдающей стандарты. Причем это касается как аппаратных, так и программных средств.

 

Практической  опорой системных и прикладных программных  средств открытых систем является стандартизованная операционная система. В настоящее время такой системой является UNIX. Фирмам-поставщикам различных вариантов ОС UNIX в результате длительной работы удалось придти к соглашению об основных стандартах этой операционной системы. Сейчас все распространенные версии UNIX в основном совместимы по части интерфейсов, предоставляемых прикладным (а в большинстве случаев и системным) программистам. Как кажется, несмотря на появление претендующей на стандарт системы Windows NT, именно UNIX останется основой открытых систем в ближайшие годы.

 

Технологии  и стандарты открытых систем обеспечивают реальную и проверенную практикой возможность производства системных и прикладных программных средств со свойствами мобильности (portability) и интероперабельности (interoperability). Свойство мобильности означает сравнительную простоту переноса программной системы в широком спектре аппаратно-программных средств, соответствующих стандартам. Интероперабельность означает упрощения комплексирования новых программных систем на основе использования готовых компонентов со стандартными интерфейсами.

 

Преимуществом для пользователей является то, что  они могут постепенно заменять компоненты системы на более совершенные, не утрачивая работоспособности системы. В частности, в этом кроется решение проблемы постепенного наращивания вычислительных, информационных и других мощностей компьютерной системы.

 

 

1.2. Клиенты  и серверы локальных сетей

В основе широкого распространения локальных сетей  компьютеров лежит известная идея разделения ресурсов. Высокая пропускная способность локальных сетей обеспечивает эффективный доступ из одного узла локальной сети к ресурсам, находящимся в других узлах.

 

Развитие этой идеи приводит к функциональному  выделению компонентов сети: разумно  иметь не только доступ к ресурсами удаленного компьютера, но также получать от этого компьютера некоторый сервис, который специфичен для ресурсов данного рода и программные средства. Так мы приходим к различению рабочих станций и серверов локальной сети.

 

Рабочая станция предназначена для непосредственной работы пользователя или категории пользователей и обладает ресурсами, соответствующими локальным потребностям данного пользователя.

 

Сервер локальной сети должен обладать ресурсами, соответствующими его функциональному назначению и потребностям сети. Заметим, что в связи с ориентацией на подход открытых систем, правильнее говорить о логических серверах (имея в виду набор ресурсов и программных средств, обеспечивающих услуги над этими ресурсами), которые располагаются не обязательно на разных компьютерах. Особенностью логического сервера в открытой системе является то, что если по соображениям эффективности сервер целесообразно переместить на отдельный компьютер, то это можно проделать без потребности в какой-либо переделке как его самого, так и использующих его прикладных программ.

 

Примерами сервером могут служить:

•сервер телекоммуникаций, обеспечивающий услуги по связи данной локальной сети с внешним миром;

•вычислительный сервер, дающий возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях;

•дисковый сервер, обладающий расширенными ресурсами  внешней памяти и предоставляющий их в использование рабочим станциями и, возможно, другим серверам;

•файловый сервер, поддерживающий общее хранилище файлов для всех рабочих станций;

•сервер баз  данных фактически обычная СУБД, принимающая  запросы по локальной сети и возвращающая результаты.

 

Сервер локальной  сети предоставляет ресурсы (услуги) рабочим станциям и/или другим серверам.

 

Принято называть клиентом локальной сети, запрашивающий услуги у некоторого сервера и сервером - компонент локальной сети, оказывающий услуги некоторым клиентам.

 

 

1.3. Системная  архитектура "клиент-сервер"

Понятно, что  в общем случае, чтобы прикладная программа, выполняющаяся на рабочей станции, могла запросить услугу у некоторого сервера, как минимум требуется некоторый интерфейсный программный слой, поддерживающий такого рода взаимодействие (было бы по меньшей мере неестественно требовать, чтобы прикладная программа напрямую пользовалась примитивами транспортного уровня локальной сети). Из этого, собственно, и вытекают основные принципы системной архитектуры "клиент-сервер".

 

Система разбивается  на две части, которые могут выполняться в разных узлах сети, - клиентскую и серверную части. Прикладная программа или конечный пользователь взаимодействуют с клиентской частью системы, которая в простейшем случае обеспечивает просто надсетевой интерфейс. Клиентская часть системы при потребности обращается по сети к серверной части. Заметим, что в развитых системах сетевое обращение к серверной части может и не понадобиться, если система может предугадывать потребности пользователя, и в клиентской части содержатся данные, способные удовлетворить его следующий запрос.

 

Интерфейс серверной части определен и фиксирован. Поэтому возможно создание новых клиентских частей существующей системы (пример интероперабельности на системном уровне).

 

Основной проблемой  систем, основанных на архитектуре "клиент-сервер", является то, что в соответствии с концепцией открытых систем от них требуется мобильность в как можно более широком классе аппаратно-программных решений открытых систем. Даже если ограничиться UNIX-ориентированными локальными сетями, в разных сетях применяется разная аппаратура и протоколы связи. Попытки создания систем, поддерживающих все возможные протоколы, приводит к их перегрузке сетевыми деталями в ущерб функциональности.

 

Еще более сложный  аспект этой проблемы связан с возможностью использования разных представлений данных в разных узлах неоднородной локальной сети. В разных компьютерах может существовать различная адресация, представление чисел, кодировка символов и т.д. Это особенно существенно для серверов высокого уровня: телекоммуникационных, вычислительных, баз данных.

 

Общим решением проблемы мобильности систем, основанных на архитектуре "клиент-сервер" является опора на программные пакеты, реализующие  протоколы удаленного вызова процедур (RPC - Remote Procedure Call). При использовании таких средств обращение к сервису в удаленном узле выглядит как обычный вызов процедуры. Средства RPC, в которых, естественно, содержится вся информация о специфике аппаратуры локальной сети и сетевых протоколов, переводит вызов в последовательность сетевых взаимодействий. Тем самым, специфика сетевой среды и протоколов скрыта от прикладного программиста.

 

При вызове удаленной  процедуры программы RPC производят преобразование форматов данных клиента  в промежуточные машинно-независимые  форматы и затем преобразование в форматы данных сервера. При передаче ответных параметров производятся аналогичные преобразования.

 

Если  система реализована на основе стандартного пакета RPC, она может быть легко  перенесена в любую открытую среду.

 

 

Технология  “клиент-сервер” применительно  к СУБД сводится к разделению системы на две части – приложение-клиент (front-end) и сервер базы данных (back-end). Эта архитектура совмещает лучшие черты обработки данных на мэйнфреймах и технологии “файл-сервер”. От мэйнфреймов технология “клиент-сервер” позаимствовала такие черты, как централизованное администрирование, безопасность, надежность. От технологии “файл-сервер” унаследованы низкая стоимость и возможность распределенной обработки данных, используя ресурсы компьютеров-клиентов. Сейчас графический интерфейс пользователя стал стандартом для систем “клиент-сервер”. Кроме того, архитектура “клиент-сервер” значительно упрощает и ускоряет разработку приложений за счет того, что правила проверки целостности данных находятся на сервере. Неправильно работающее клиентское приложение не может привести к потере или искажению данных. Все эти возможности, ранее свойственные только сложным и дорогостоящим системам, сейчас доступны даже небольшим организациям. Стоимость оборудования, программного обеспечения и обслуживания для персональных компьютеров в десятки раз ниже, чем для мэйнфреймов.

Особенности обработки  данных в различных архитектурах показаны на рис.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Обработка  данных в различных архитектурах

 

Локальный компьютер

Локальное приложение  

 

      СУБД

 

      Данные

 

 

Архитектура “файл-сервер”

          Клиент    

Файл-сервер    

        Сетевое приложение

   Данные

СУБД    

 

   Клиент

   пересылка     Сетевое приложение

         данных

СУБД    

 

 

Архитектура “клиент-сервер”

 

         

   Сервер БД

         Клиентское   

   СУБД       приложение

   Данные

         Клиентское             приложение   

пересылка запросов

  и результатов

 

 

1.4. Серверы баз  данных

Термин "сервер баз данных" обычно используют для обозначения всей СУБД, основанной на архитектуре "клиент-сервер", включая и серверную, и клиентскую части. Такие системы предназначены для хранения и обеспечения доступа к базам данных.

 

Хотя обычно одна база данных целиком хранится в одном узле сети и поддерживается одним сервером, серверы баз данных представляют собой простое и дешевое приближение к распределенным базам данных, поскольку общая база данных доступна для всех пользователей локальной сети.

 

 

1.5. Принципы  взаимодействия между клиентскими и серверными частями

Доступ к  базе данных от прикладной программы  или пользователя производится путем обращения к клиентской части системы. В качестве основного интерфейса между клиентской и серверной частями выступает язык баз данных SQL.

 

Это язык по сути дела представляет собой  текущий стандарт интерфейса СУБД в  открытых системах. Собирательное название SQL-сервер относится ко всем серверам баз данных, основанных на SQL.