сети ЭВМ / 2-Архитектура клиент-сервер
Клиент-сервер (англ. Client-server) — вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.
Делает возможным, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера, не затрагивают клиентов.
Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.
Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т.п.
Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.
Поддержка работы данной системы, требует отдельного специалиста — системного администратора.
Высокая стоимость оборудования.
Многоуровневая архитектура клиент-сервер
Многоуровневая архитектура клиент-сервер — разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.
Частные случаи многоуровневой архитектуры:
Сеть с выделенным сервером
Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) — это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).
О технологии клиент-сервер написано уже очень много. Можно заметить, что некий ажиотаж вокруг этой темы, имевший место еще два года назад, теперь определенно спал. Статьи в прессе и разговоры в кулуарах приобрели спокойный, деловой тон и обсуждают теперь, как правило, конкретные аспекты применения этой технологии. Вопроса «Быть или не быть архитектуре клиент-сервер?» теперь уже никто не поднимает — все знают, что «Быть!».
Однако многие читатели, возможно, только недавно стали интересоваться этой темой, поэтому, на наш взгляд, стоит еще раз к ней вернуться и спокойно, по-деловому, обсудить — что такое архитектура клиент-сервер, зачем она нужна и как к ней подступиться.
Что такое архитектура клиент-сервер?
Вообще говоря, клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов — клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить, конечно, о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой — файл-серверной.
В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, «настольных СУБД» — Access, FoxPro, Paradox и т.п..
Приложение на рабочей станции «отвечает за все» — за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня — открытие, закрытие и модификацию файлов, подчеркну — файлов, а не базы данных. База данных существует только в «мозгу» рабочей станции.
Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей)
В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения — клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п..
Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).
Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся — на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети.
Когда вам нужна архитектура клиент-сервер?
Даже очень детальный анализ особенностей архитектуры клиент-сервер может не ответить на вопрос «А что мне это даст?» Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему:
Тот, кто хоть раз побывал в роли администратора базы данных в тот момент, когда эта база данных «погибла» по причине «зависания» сервера или рабочей станции, сбоя питания или еще какой-либо напасти, никогда уже не станет пренебрегать вопросами надежности (если, конечно, сумеет сохранить за собой эту роль). Если Вы еще не побывали в этой роли, надеюсь, у Вас достанет воображения, чтобы прокрутить этот триллер у себя в голове, и благоразумия, чтобы максимально обезопасить свою базу данных (и себя заодно). Чем же тут поможет архитектура клиент-сервер?
Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:
атомарность — при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;
независимость — транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;
устойчивость к сбоям — после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.
Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.
Масштабируемость — способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.
Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены — это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.
Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации — дайте им только соответствующую аппаратную платформу.
Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко — до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты — представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен — никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено.
В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:
правил логической обработки (бизнес-правил);
управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).
Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.
В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рис. 1, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными — на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте. В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения)
Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса.
Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение.
1) В файл-серверной системе мы «просто» вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это «просто» влечет за собой максимальные трудозатраты.
2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.
Этапы построения клиент-серверной системы.
Предположим, Вы сегодня используете приложение, реализованное в файл-серверной архитектуре, средствами, Microsoft Access, и думаете о его развитии. Можно рассмотреть следующие шаги.
1.Перенести базу данных на Microsoft SQL Server, сохранив интерфейс и логику работы неизменной. Вы при этом не будете использовать все преимущества архитектуры клиент-сервер, но можете быть спокойны за надежность хранения ваших данных.
2.Разработать полноценное двухуровневое клиент-серверное приложение, используя все ту же связку Access — SQL Server, которая работает очень хорошо. Делать это можно, например, постепенно меняя отдельные компоненты приложения, полученного на шаге 1. Альтернативой может быть разработка полностью нового приложения с использованием в качестве клиента Visual Basic, Delphi или любого другого из десятков имеющихся инструментов.
3.Если Вы планируете серьезный рост Вашей организации, то использование трехуровневой архитектуры позволит Вам более гибко распределять растущую нагрузку между серверами и минимизировать затраты на сопровождение и развитие системы.
Надеемся, что эта статья дала Вам общее представление об архитектуре клиент-сервер и ее преимуществах. В следующих номерах мы планируем подробнее рассказать о Microsoft SQL Server и построении систем на его основе.