Технология (модель взаимодействия) «Клиент-Сервер»

- Java Mail – данный сервис  может предоставлять сервис к  SMTP;

- JMS (Java Messaging Service) – обработка  синхронных и асинхронных сообщений;

- RMI (Remote Method Invocation) - вызов  удаленных процедур.

Многоуровневые клиент-серверные  системы достаточно легко можно  перевести на Web-технологию - для  этого достаточно заменить клиентскую часть универсальным или специализированным браузером, а сервер приложений дополнить Web-сервером и небольшими программами  вызова процедур сервера. Для разработки этих программ можно использовать как Common Gateway Interface (CGI), так и более  современную технологию Java.

В трехуровневой системе  в качестве каналов связи между  сервером приложений и СУБД можно  использовать более скоростные линии, которые потребуют минимальных  затрат, так как сервера обычно находятся в одном помещении (серверной) и не будет перегружать сеть из-за передачи большого количества информации.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что двухуровневая  архитектура сильно уступает многоуровневой архитектуре, поэтому в настоящее  время используется только многоуровневая архитектура «Клиент – сервер», в которой различают три модификации - RDA, DBS и AS.

 

 

4. Различные модели технологии «Клиент – сервер»

Самой первой базовой технологией  для локальных сетей являлась модель файлового сервера (FS). В свое время данная технология была очень среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPro, Clipper, Clarion, Paradox и так далее.

В модели FS функции всех трех компонентов (компонент представления, прикладной компонент и компонент  доступа к ресурсам) совмещены  в одном коде, который выполняется  на компьютере-сервере (хосте). Компьютер-клиент в данной архитектуре вообще отсутствует, а ввод и отображение данных производятся через терминал или компьютер  в режиме эмуляции терминала. Приложения обычно разрабатываются на языке  четвертого поколения (4GL). Один из компьютеров  в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам  услуги по обработке файлов. Он работает под управлением сетевых ОС и  играет роль компонента доступа к  информационным ресурсам. На других ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент  представления и прикладной компонент.

Технология взаимодействия клиента и сервера следующая: запрос направляется на файловый сервер, который передает СУБД, размещенной  на компьютере-клиенте, требуемый блок данных. Вся обработка осуществляется на терминале (рисунок 5).

Протокол обмена представляет собой набор вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе  на файл-сервере.

Рисунок 5. - Модель файлового сервера

Преимуществами данной технологии являются:

- простота разработки  приложений;

- удобство администрирования  и обновления ПО из-за компактного расположения всех компонентов на одном компьютере;

- низкая стоимость оборудования  рабочих мест (терминалы или дешевые компьютеры с невысокими характеристиками в режиме эмуляции терминала всегда дешевле полноценных ПК).

Но достоинства FS – модели перекрывают ее недостатки:

- большая загрузка сети;

Несмотря на небольшой  объем данных, пересылаемых по сети, время отклика является критичным, так как каждый символ, введенный  пользователем на терминале, должен быть передан на сервер, обработан  приложением и возвращен обратно  для вывода на экран терминала. Помимо этого существует проблема распределения  нагрузки между несколькими компьютерами.

- дорогостоящее аппаратное  обеспечение сервера, так как все пользователи разделяют его ресурсы;

- отсутствие графического  интерфейса.

Благодаря решению проблем, присущих технологии «Файл – сервер»  появилась более прогрессивная  технология, получившая название «Клиент  – сервер».

Для современных СУБД архитектура  «клиент-сервер» стала фактически стандартом. Если предполагается, что  проектируемая сетевая технология будет иметь архитектуру «клиент-сервер», то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер, то есть часть функций приложений будет реализована в программе-клиенте, другая - в программе-сервере.

Различия в реализации приложений в рамках технологии «Клиент-сервер»  определяются четырьмя факторами:

- какие виды программного обеспечения в логических компонентах;

- какие механизмы программного  обеспечения используются для  реализации функций логических  компонентов;

- как логические компоненты  распределяются компьютерами в  сети;

- какие механизмы используются  для связи компонент между  собой.

Исходя из этого, выделяются три подхода, каждый из которых реализован в соответствующей модели технологии «Клиент – сервер»:

- модель доступа к удаленным  данным (Remote Date Access - RDA);

- модель сервера базы  данных (DateBase Server - DBS);

- модель сервера приложений (Application Server - AS).

Рассмотрим функции и  характеристики различных моделей  технологии «Клиент-сервер».

Модель доступа к удаленным  данным (RDA) – сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», при которой коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается при помощи непроцедурного языка (например ,SQL – запросов для баз данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется специальный интерфейс прикладного программирования - API).

Запросы к информационным ресурсам направляются по сети удаленному компьютеру, который обрабатывает и  выполняет их, возвращая клиенту  блоки данных (рисунок 6).

Рисунок 6. - Модель доступа к удаленным данным

Основным преимуществом RDA-модели является широкий выбор  инструментальных средств разработки приложений, обеспечивающих быстрое  создание desktop-приложений, работающих с SQL-ориентированными СУБД. Обычно инструментальные средства поддерживают графический интерфейс пользователя с ОС, а также средства автоматической генерации кода, в которых смешаны прикладные функции и функции представления.

При этом RDA-модель имеет  ряд ограничений.

Во-первых, взаимодействие клиента  и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Приложение является нераспределенным, и вся  его логика локализована на компьютере-клиенте, поэтому взаимодействие его с  сервером посредством SQL-запросов приводит к передаче по сети данных большого объема, возможно, избыточных. Как только число клиентов возрастает, сеть становится узким местом, ограничивая быстродействие всей информационной системы.

Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDA-модели практически невозможно. Если различные  по своей природе функции (функции  представления и чисто прикладные функции) смешаны в одной и  той же программе, написанной на языке  четвертого поколения (4GL), то при необходимости  изменения прикладных функций приходится переписывать всю программу целиком.

В – третьих, при коллективной работе над проектом, обычно каждому  разработчику поручается реализация отдельных  прикладных функций, что делает невозможным  контроль за их взаимной непротиворечивостью. Каждому из разработчиков приходится программировать интерфейс с  пользователем, что ставит под вопрос единый стиль интерфейса и его  целостность. Сложность обновления программного обеспечения возникает  еще и потому, что замену ПО необходимо производить одновременно на всех компьютерах-клиентах.

В – четвертых, из-за невозможности  реализации разграничения доступа  по функциям только на стороне сервера, а только на стороне клиента, возникает  низкий уровень безопасности. При  этом разграничение выполняется  только по таблицам базы данных, что  снижает защищенность.

Несмотря на широкое распространение, RDA-модель уступает место более технологичной DBS-модели.

Модель сервера баз  данных (DBS) - сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», основу которой составляет механизм хранимых процедур, реализующий прикладные функции. В DBS – модели понятие информационного ресурса сужено до базы данных из-за того же механизма хранимых процедур, который реализован в СУБД, да и то не во всех.

В DBS-модели приложение является распределенным. Компонент представления  выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент (реализующий бизнес-функции) оформлен как набор хранимых процедур и  функционирует на компьютере-сервере  БД. Хранимые процедуры также называют компилируемыми резидентными процедурами  или процедурами базы данных (рисунок  7).

Рисунок 7. - Модель сервера базы данных.

Преимущества DBS-модели перед RDA-моделью очевидны: это и возможность  централизованного администрирования  различных функций, и снижение трафика  сети из-за того, что вместо SQL-запросов по сети передаются вызовы хранимых процедур, и возможность разделения процедуры  между несколькими приложениями, и экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры. Однако есть и недостатки.

Во-первых, разнообразные  процедурные расширения SQL, используемые для написания хранимых процедур, не являются языками программирования в полном смысле слова. Они встроены в конкретные СУБД и имеют ограниченные возможности. Следовательно, система, в которой прикладной компонент реализован при помощи хранимых процедур, не является мобильной относительно СУБД. В большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования хранимых процедур, что может привести не просто к сбою, а к полной неработоспособности всей базы данных.

Во-вторых, в DBS-модели не предусмотрены  разнообразные варианты взаимодействия клиента и сервера, необходимые  для децентрализация приложений, например хранимые очереди, асинхронные  вызовы и другие.

В-третьих, DBS-модель не обеспечивает требуемой эффективности использования  вычислительных ресурсов. Ограничения  в ядре СУБД не позволяют в полной мере организовать эффективный баланс загрузки, миграцию процедур на другие компьютеры-серверы БД и реализовать  другие полезные функции, например запросы  с приоритетом.

На практике чаще используется разумный синтез RDA- и DBS-моделей для  построения многопользовательских  информационных систем: поддержка целостности  базы данных и некоторых простейших прикладные функции хранимых процедур (DBS-модель), а более сложные функции  реализуются непосредственно в  прикладной программе, которая выполняется  на компьютере-клиенте (RDA-модель).

Все недостатки DBS - модели учтены в AS-модели, которая в наибольшей степени отражает сильные стороны  технологии «клиент-сервер».

Модель сервера приложений (AS) (рисунок 8)- сетевая архитектура технологии «Клиент – сервер», представляющая собой процесс, выполняемый на компьютере-клиенте и отвечающий за интерфейс с пользователем (ввод и отображение данных). Основным элементом данной модели является прикладной компонент, называющийся сервером приложения, функционирующий на удаленном компьютере (или нескольких компьютерах). Сервер приложений реализован как группа прикладных функций, оформленных в виде сервисов (служб). Каждый сервис предоставляет некоторые услуги всем программам, которые желают и могут ими воспользоваться.

Рисунок 8. - Модель сервера приложений.

Серверов приложений может  быть несколько, и каждый их них предоставляет  определенный набор услуг. Любая  программа, которая пользуется ими, рассматривается как клиент приложения.

Детали реализации прикладных функций в сервере приложений полностью скрыты от клиента приложения. Клиент, которым может быть стандартный  браузер, обращается с запросом к  конкретной службе, при этом серверы  приложений обезличены и служат для  создания графического интерфейса с  пользователем, что позволяет эффективно управлять балансом загрузки. Запросы, поступающие от клиента, выстраиваются  в очередь к AS-процессу, который  извлекает и передает их для обработки  службе в соответствии с приоритетами.

Так как данные «спрятаны» за сервером приложений, в котором  обычно встроена проверка полномочий клиента, в СУБД обеспечивается высокий  уровень защиты данных.

Доступ к информационным ресурсам, необходимым для решения  прикладных задач, обеспечивается как  и в RDA-модели менеджером ресурсов (например, SQL-сервер). Из прикладных компонентов  доступны такие ресурсы как, базы данных, очереди, почтовые службы и  другие. Серверы приложений выполняются, как правило, на том же компьютере, где функционирует менеджер ресурсов, что избавляет от необходимости  направления SQL-запросов по сети и повышает производительность системы, Также  серверы приложений могут выполняться  и на других компьютерах.