Лекции по "Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных "

• у разных серверов разный синтаксис и функциональные возможности языков разработки хранимых процедур и триггеров;
• поскольку разные серверы пользуются разными алгоритмами оптимизации, то запросы, хорошо работающие на одной системе, могут оказаться неэффективными на другой. А арсенал способов управления эффективностью у них совершенно разный;
• местами не совпадает даже синтаксис SQL - в части, например, внешних соединений таблиц (outer join);
• поскольку разные серверы пользуются разными принципами блокировок и организации транзакций, то для эффективной многопользовательской работы нужны разные способы организации программы;
• каждый сервер имеет свои собственные, уникальные и, как правило, очень полезные в конкретных приложениях особенности.

InterbaseSQLServer.Общиесведения.

Одним из реляционных клиент-серверных СУБД является InterBase SQL Server фирмы Borland. Схематично архитектура клиент-сервер InterBaseв ее типичной конфигурации изображена на рисунке 2.

Компания Borland выпустила версию 6.0 OpenSource в июле 2000 года. В этот момент код Interbase был скопирован, и помещен там же, на sourceforge.net, но под названием Firebird.

Собственно, Borland как владелец исходных текстов, не публикует собственных изменений, тем более для платных версий. Выпуск платных (сертифицированных) версий Interbase был возобновлен в марте 2001 года, и схема оплаты лицензий, а также контроль лицензий на сервере, остались теми же, что и в Interbase 5.x.

Развитие Interbase и Firebird пошло разными путями. В основном в Firebird в течение почти года занимались исправлением ошибок, только после этого начав вводить новую функциональность.

 
Рис 2. Архитектура клиент—сервер InterBase

Примерно в октябре 2001 года группа разработчиков из Санкт-Петербурга выпустила собственную версию под кодовым названием Yaffil, базирующуюся на исходном коде Firebird. Эта версия первоначально задумывалась как "исследовательская", с большим количеством параметров настройки и частями кода, оптимизированными и переведенными на ассемблер. В настоящее время Yaffil является полигоном для тестирования сервера, оптимизированного для работы на многопроцессорных компьютерах под Windows.

Функциональность Interbase 6.5 и Firebird практически одинакова, за исключением двух новшеств, введенных в Interbase 6.5 - специальной безопасности метаданных и возможности прерывать долго выполняющиеся запросы. Кроме того, платные версии Interbase являются сертифицированными, т.е. прошедшими тестирование.

В настоящее время последние версии InterBase7 и FireBird2 уже имеют существенные отличия, которые не позволяют производить миграцию базы. Декларируется, что семерка совместима только с InterBase6.5, и рекомендуется проводить миграцию только через backup/restore.

Interbase полностью совместим со  стандартом ANSI SQL-92, а так же имеет  собственное расширение SQL для хранимых  процедур и триггеров. В сравнении  со многими другими СУБД, InterBase предоставляет очень эффективный  механизм триггеров: каждая таблица  может иметь большое количество  триггеров, которые выполняются  автоматически при вставке, изменении  или удалении каждой отдельной  записи, до или после этих событий. Многие функции существующих  СУБД были впервые реализованы  в Interbase – это, в частности, обновляемые  представления, события, многомерные  массивы и BLOB-поля. Более того, некоторые  механизмы, такие, например, как двухфазное  подтверждение транзакций, до сих  пор остаются уникальными, представленными  только в Interbase.

Подключение к базе может осуществляться как по сетевым протоколам (TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX), так и локально.

Одной из основных особенностей InterBase, пожалуй, можно считать версионную архитектуру, которая обеспечивает уникальные возможности при многопользовательской работе – пишущие пользователи никогда не блокируют читателей. Помимо этого, версионная архитектура позволяет отказаться от использования протокола транзакций, который в других СУБД служит для восстановления базы данных после сбоев, поэтому Interbaseобладает очень высокой надежностью и устойчивостью.

Также в Interbaseреализован механизм оптимистической блокировки на уровне записи. Это значит, что сервер блокирует только те записи, которые реально были изменены пользователем, и не блокирует всю страницу данных целиком. Эта особенность еще более снижает вероятность конфликтов при многопользовательском режиме работы.

Немаловажной особенностью сервера InterBaseявляется возможность расширения стандартного набора SQL-функций при помощи пользовательских библиотек – UserDefinedFunctions, а также механизмы обработки BLOB-полей на сервере с помощью BLOB-фильтров.

Платформы

Начиная с момента своего выхода, т.е. 1985 года, Interbase был Unix-ориентированным сервером баз данных. К моменту выхода 5.0 (1997 год) множество ранее поддерживаемых операционных систем (около 15) или прекратили свое существование, или стали экзотическими, поэтому основных портов осталось 6. К 2000 году их число уменьшилось до 3 - Windows, Solaris (SPARC), и Linux. Порты под NetWare, SCO и HP-UX были прекращены как неперспективные.

Кроме уменьшения количества поддерживаемых вариантов ОС при выпуске Interbase 6.5 было решено отказаться от старой архитектуры Classic (пользователь-процесс) в пользу более современной - SuperServer (пользователь-thread).

Firebird, как OpenSource СУБД, преследовала  иные цели, а именно обеспечить  работу на максимально различных  платформах. Поэтому архитектура Classic была сохранена (как единственная, способная обеспечить масштабирование  на многопроцессорных компьютерах  под Unix), и в дополнение к основным  платформам были выпущены дистрибутивы (готовые комплекты для установки) для FreeBSD, HP-UX, AIX, Solaris (Intel), и даже для Darwin (MacOS X). В настоящее время ведутся  работы по портированию Firebird на WinCE (пока существует только клиентская  часть Firebird для WinCE).

Yaffil, как уже упоминалось выше, выпускается только для Windows, и  сейчас находится в завершающей  стадии тестирование Yaffil for Windows с  архитектурой Classic (для работы на SMP-машинах).

Типы приложений

Конечно, самые разнообразные. Interbase давно уже распространен в нашей стране, и завоевал популярность в первую очередь у разработчиков, использующих инструментальные среды разработки Borland - Delphi, C++Builder, Jbuilder. В последнее время все больше разработчиков, использующих Visual C, MS Access и другие средства, также приходят к использованию Interbase. Это в первую очередь обусловлено появлением ряда качественных ODBC-драйверов, а также OLE-DB-провайдеров (в настоящее время их общее число около 12-ти), позволяющих тесно интегрировать работу Interbase и офисных систем.

Благодаря тому, что Interbase требует наличия минимума файлов для установки (6 файлов, и 2 ключа в Registry), а также весьма нетребователен к ресурсам, максимальное количество приложений, его использующих - офисные системы общего назначения. Это складской учет, бухгалтерия, зарплата, автоматизация отделов продаж, и многое другое.

Такие системы как правило по объему хранимых данных не превышают 300-500 мегабайт, а также работают либо в однопользовательском, либо в многопользовательском режиме с количеством пользователей от 2 до 15-ти, и легко переносятся с компьютера на компьютер. Операционная система в данном случае чаще всего Windows 95 или 98. К сожалению, о надежности в этом случае серьезно говорить нельзя, однако такие требования обычно обусловлены финансовыми причинами, по которым пользователи приложений не могут установить Windows XP/2K из-за старых процессоров или небольшого количества оперативной памяти - 32 мегабайт RAM для подобных систем вполне достаточно даже при работе с невыделенным сервером до 15-20-ти пользователей.

Более серьезные приложения, как то внутрикорпоративные системы, системы управления предприятием, биллинговые и т.п., разумеется работают с большими объемами данных (от 500 мегабайт до 8 гигабайт) и как правило используют Unix в качестве серверной ОС, и никогда не работают в однопользовательском режиме. При количестве пользователей до 50 на сервер обычно используют Windows, а в случаях до 300-400 пользователей - обязательно Unix (RedHat Linux или FreeBSD) и как правило на двух-, реже четырех-процессорных системах. В процентном отношении для данных систем в качестве операционной системы сервера Windows используется в 30% случаев, Unix - 70%.

Classic и SuperServer

На данный момент существуют два варианта архитектуры InterBase, которые значительно отличаются друг от друга методами работы с клиентами, организацией взаимодействия собственных модулей и даже составом модулей, входящих вопределению реализацию архитектуры. Условно эти две различных архитектуры назвали Classic и SuperServer. Рассмотрим главные особенности этих архитектур.

Архитектура Classic кратко характеризуется следующей фразой: "каждому клиенту - собственный сервер". Это означает, что на каждое клиентское соединение на компьютере-сервере запускается серверный процесс, который обслуживает одного клиента. Сколько у нас будет клиентов, установивших соединения, столько экземпляров сервера запустится для их обслуживания (имейте в виду, что одна клиентская программа может открывать сколько угодно соединений с сервером).

Архитектуру SuperServer можно по аналогии охарактеризовать как "на всех клиентов - один сервер". Это означает, что все клиентские соединения обслуживаются одним серверным процессом, где каждым конкретным клиентом занимаются отдельные потоки (threads).

Следует заметить, что деление на Classic и SuperServer не означает, что имеются два варианта исходных кодов для каждого вида архитектуры - один для Classic и другой для SuperServer (иначе со временем получились бы два разных сервера). Оба эти варианта архитектуры (и все реализации под разные ОС) производятся из общего набора исходных кодов с помощью директив Ifdef, разделяющих платформенно- и архитектурно-зависимые участки кода друг от друга. С помощью набора этих директив определяют, какой вариант и для какой платформы собирать. Естественно, для разных ОС сборка осуществляется с использованием разных библиотек ввода-вывода, управления памятью и т. д.

Classic или SuperServer

Следует заметить, картина складывается довольно интересная на каждый недостаток Classic у SuperServer находится достоинство. Classic расточителен - SuperServer экономен, Classic без Services API - у SuperServer онесть.

Однако, как и везде, здесь мы имеем "палку о двух концах", т. е., определенные недостатки Classic переходят в определенных ситуациях в его достоинства, а преимущества SuperServer превращаются в недостатки. Например, рассмотрим случай. когда у нас имеется, скажем, мощный двухпроцессорный компьютер- сервер с большим количеством ОЗУ, например 2 Гбайт. Если мы установим на такую систему InterBase в варианте SuperServer, то будем наблюдать не ускорение, а замедление по сравнению с однопроцессорным вариантом того же сервера! Более того, с памятью будут твориться сплошные "недоразумения"- экономный SuperServer будет "отказываться" от огромного ОЗУ, пытаясь всячески сэкономить оперативную память. Как же так, мощные процессоры, много памяти, a InterBase SuperServer не очень-то быстро работает?

Вот здесь и проявляются недостатки SuperServer. Проблему с масштабируемостью InterBase архитектуры SuperServer на многопроцессорных компьютерах давно признали в компании Borland. Дело в том, что ядро SuperServer не расчитано на использование нескольких процессоров. Сервер InterBase SuperServer не может управлять распределением потоков по процессорам. В результате ОС при нарастании нагрузки начинает перебрасывать главный серверный процесс (ibserver.exe) с одного процессора на другой. На это тратятся системные ресурсы и время, что замедляет работу InterBase. С такой ситуацией на многопроцессорных системах борются путем "привязки" (affinity) InterBase варианта SuperServer к одному определенному процессору и игнорирования остальных.

Надо также отметить, что с распределением памяти у SuperServer тоже имеются некоторые проблемы. Если мы рассмотрим, как SuperServer обслуживает множество небольших клиентских запросов, то увидим довольно привлекательную картину: высокую производительность при относительно небольшом использовании оперативной и виртуальной памяти. Многочисленные клиентские запросы совместно (без дублирования) используют кешированную информацию SuperServer. Эта особенность делает вариант InterBase с архитектурой SuperServer особенно привлекательным для Web-приложений, ориентированных именно на такой стиль работы с базами данных. Так как запросы небольшие, то они быстро отрабатывают и освобождают память для следующих за ними запросов.

Иная ситуация складывается, если постановка задачи требует наряду с простыми действиями по регистрации данных и просмотру данных, относящихся к какому-то документу или обозримому множеству документов, выполнения запросов аналитического характера, связанных со сканированием больших и сложных выборок и построением на их основе различных агрегатов.

Эти "тяжелые" запросы "проходятся" по большому количеству записей и требуют значительных ресурсов памяти и процессора для их выполнения. Мы пытаемся предусмотреть подобную ситуацию и используем мощное аппаратное обеспечение: высокопроизводительный компьютер-сервер с большим количеством ОЗУ. Однако, SuperServer "не понимает" нашей предусмотрительности и при выполнении "тяжелого" запроса пытается обращаться с ним как с небольшим, т. е. отдает ему доступную кеш-память и ресурсы, вытесняя при этом остальные запросы. Результат печален - пока выполняется запрос-тяжеловес, остальные запросы "топчутся в очереди". В связи с фактически последовательным обслуживанием потоков критическими участками кода ядра InterBase сервер просто не имеет другого выбора.

Остается сказать о достоинствах Classic, проявляющихся в этой ситуации.

Во-первых, масштабируемость архитектуры Classic на несколько процессоров. Из-за того что каждый клиент обслуживается независимым процессом, ОС спокойно "рассаживает" эти процессы по различным процессорам, динамически распределяя нагрузку при помощи системных средств управления приоритетами процессов, стоящих в очередь за использованием ресурсов процессора. В результате действительно можно получить значительный выигрыш от многопроцессорной системы, соответствующий затратам на это оборудование.