Архитектурные решения БД

Централизованная архитектура.

При использовании этой технологии БД, СУБД и прикладная программа (приложение) располагаются на одном компьютере Для такого способа организации не требуется поддержки сети и все сводится к автономной работе. Работа построена следующим образом:

· БД в виде набора файлов находится на жестком диске компьютера.

· На том же компьютере установлены СУБД и приложение для работы с БД.

· Пользователь запускает приложение. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к БД на выборку/обновление информации.

· Все обращения к БД идут через СУБД, которая инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД.

· СУБД инициирует обращения к данным, обеспечивая выполнение запросов пользователя (осуществляя необходимые операции над данными).

· Результат СУБД возвращает в приложение.

· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.

Подобная архитектура использовалась в первых версиях СУБД B2, Oracle, Ingres

Основным недостатком этой модели является резкое снижение производительности при увеличении числа пользователей.

Технология с сетью и файловым сервером (архитектура "файл-сервер").

Увеличение сложности задач, появление персональных компьютеров и локальных вычислительных сетей явились предпосылками появления новой архитектуры файл-сервер. Эта архитектур БД с сетевым доступом предполагает назначение одного из компьютеров сети в качестве выделенного сервера, на котором будут храниться файлы баз. В соответствии с запросами пользователей файлы с файл-сервера передаются на рабочие станции пользователей, где и осуществляется основная часть обработки данных. Центральный сервер выполняет в основном только роль хранилища файлов, не участвуя в обработке самих данных.

Работа построена следующим образом:

· БД в виде набора файлов находится на жестком диске специально выделенного компьютера (файлового сервера).

· Существует локальная сеть, состоящая из клиентских компьютеров, на каждом из которых установлены СУБД и приложение для работы с БД.

· На каждом из клиентских компьютеров пользователи имеют возможность запустить приложение. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к БД на выборку/обновление информации.

· Все обращения к БД идут через СУБД, которая инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД, расположенной на файловом сервере.

· СУБД инициирует обращения к данным, находящимся на файловом сервере, в результате которых часть файлов БД копируется на клиентский компьютер и обрабатывается, что обеспечивает выполнение запросов пользователя (осуществляются необходимые операции над данными).

· При необходимости (в случае изменения данных) данные отправляются назад на файловый сервер с целью обновления БД.

· Результат СУБД возвращает в приложение.

· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.

В рамках архитектуры " файл-сервер " были выполнены первые версии популярных так называемых настольных СУБД, таких, как dBase и Microsoft Access.

Основные недостатки данной архитектуры:

· При одновременном обращении множества пользователей к одним и тем же данным производительность работы резко падает, т.к. необходимо дождаться пока пользователь, работающий с данными, завершит свою работу. В противном случае возможно затирание исправлений, сделанных одними пользователями, изменениями других пользователей.

· Вся тяжесть вычислительной нагрузки при доступе к БД ложится на приложение клиента, так как при выдаче запроса на выборку информации из таблицы вся таблица БД копируется на клиентскую машину и выборка осуществляется на клиенте. Таким образом, неоптимально расходуются ресурсы клиентского компьютера и сети. В результате возрастает сетевой трафик и увеличиваются требования к аппаратным мощностям пользовательского компьютера.

· Как правило, используется навигационный подход, ориентированный на работу с отдельными записями.

· В БД на файл-сервере гораздо проще вносить изменения в отдельные таблицы, минуя приложения, непосредственно из инструментальных средств (например, из утилиты Database Desktop фирмы Borland для файлов Paradox и dBase); подобная возможность облегчается тем обстоятельством, что фактически у таких СУБД база данных – понятие более логическое, чем физическое, поскольку под БД понимается набор отдельных таблиц, сосуществующих в отдельном каталоге на диске. Все это позволяет говорить о низком уровне безопасности – как с точки зрения хищения и нанесения вреда, так и с точки зрения внесения ошибочных изменений.

· Недостаточно развитый аппарат транзакций служит потенциальным источником ошибок в плане нарушения смысловой и ссылочной целостности информации при одновременном внесении изменений в одну и ту же запись.

Технология "клиент – сервер".

Использование технологии " клиент – сервер " предполагает наличие некоторого количества компьютеров, объединенных в сеть, один из которых выполняет особые управляющие функции (является сервером сети).

Так, архитектура " клиент – сервер " разделяет функции приложения пользователя (называемого клиентом) и сервера.

Приложение-клиент формирует запрос к серверу, на котором расположена БД, на структурном языке запросов SQL (StructuredQuery Language), являющемся промышленным стандартом в мире реляционных БД. Удаленный сервер принимает запрос и переадресует его SQL-серверу БД. SQL-сервер – специальная программа, управляющая удаленной базой данных. SQL-сервер обеспечивает интерпретацию запроса, его выполнение в базе данных, формирование результата выполнения запроса и выдачу его приложению-клиенту.

При этом ресурсы клиентского компьютера не участвуют в физическом выполнении запроса; клиентский компьютер лишь отсылает запрос к серверной БД и получает результат, после чего интерпретирует его необходимым образом и представляет пользователю.

Так как клиентскому приложению посылается результат выполнения запроса, по сети "путешествуют" только те данные, которые необходимы клиенту. В итоге снижается нагрузка на сеть. Поскольку выполнение запроса происходит там же, где хранятся данные (на сервере), нет необходимости в пересылке больших пакетов данных. Кроме того, SQL-сервер, если это возможно, оптимизирует полученный запрос таким образом, чтобы он был выполнен в минимальное время с наименьшими накладными расходами.

Все это повышает быстродействие системы и снижает время ожидания результата запроса. При выполнении запросов сервером существенно повышается степень безопасности данных, поскольку правила целостности данных определяются в базе данных на сервере и являются едиными для всех приложений, использующих эту БД. Таким образом, исключается возможность определения противоречивых правил поддержания целостности. Мощный аппарат транзакций, поддерживаемый SQL-серверами, позволяет исключить одновременное изменение одних и тех же данных различными пользователями и предоставляет возможность откатов к первоначальным значениям при внесении в БД изменений, закончившихся аварийно.

Работа построена следующим образом:

· БД в виде набора файлов находится на жестком диске специально выделенного компьютера (сервера сети).

· СУБД располагается также на сервере сети.

· Существует локальная сеть, состоящая из клиентских компьютеров, на каждом из которых установлено клиентское приложение для работы с БД.

· На каждом из клиентских компьютеров пользователи имеют возможность запустить приложение. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к СУБД, расположенной на сервере, на выборку/обновление информации. Для общения используется специальный язык запросов SQL, т.е. по сети от клиента к серверу передается лишь текст запроса.

· СУБД инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД, расположенной на сервере.

· СУБД инициирует обращения к данным, находящимся на сервере, в результате которых на сервере осуществляется вся обработка данных и лишь результат выполнения запроса копируется на клиентский компьютер. Таким образом, СУБД возвращает результат в приложение.

· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.

Рассмотрим, как выглядит разграничение функций между сервером и клиентом. 10.10.

· Функции приложения-клиента:

o Посылка запросов серверу.

o Интерпретация результатов запросов, полученных от сервера.

o Представление результатов пользователю в некоторой форме (интерфейс пользователя).

· Функции серверной части:

o Прием запросов от приложений-клиентов.

o Интерпретация запросов.

o Оптимизация и выполнение запросов к БД.

o Отправка результатов приложению-клиенту.

o Обеспечение системы безопасности и разграничение доступа.

o Управление целостностью БД.

o Реализация стабильности многопользовательского режима работы.

В архитектуре " клиент – сервер " работают так называемые "промышленные" СУБД. Промышленными они называются из-за того, что именно СУБД этого класса могут обеспечить работу информационных систем масштаба среднего и крупного предприятия, организации, банка. К разряду промышленных СУБД принадлежат MS SQL Server, Oracle, Gupta, Informix, Sybase, DB2, InterBase и ряд других.

Как правило, SQL-сервер обслуживается отдельным сотрудником или группой сотрудников (администраторы SQL-сервера). Они управляют физическими характеристиками баз данных, производят оптимизацию, настройку и переопределение различных компонентов БД, создают новые БД, изменяют существующие и т.д., а также выдают привилегии (разрешения на доступ определенного уровня к конкретным БД, SQL-серверу) различным пользователям.

Рассмотрим основные достоинства данной архитектуры по сравнению с архитектурой "файл-сервер":

· Существенно уменьшается сетевой трафик.

· Уменьшается сложность клиентских приложений (большая часть нагрузки ложится на серверную часть), а, следовательно, снижаются требования к аппаратным мощностям клиентских компьютеров.

· Наличие специального программного средства – SQL-сервера – приводит к тому, что существенная часть проектных и программистских задач становится уже решенной.

· Существенно повышается целостность и безопасность БД.

К числу недостатков можно отнести более высокие финансовые затраты на аппаратное и программное обеспечение, а также то, что большое количество клиентских компьютеров, расположенных в разных местах, вызывает определенные трудности со своевременным обновлением клиентских приложений на всех компьютерах-клиентах. Тем не менее, архитектура " клиент – сервер " хорошо зарекомендовала себя на практике, в настоящий момент существует и функционирует большое количество БД, построенных в соответствии с данной архитектурой.

Трехзвенная (многозвенная) архитектура "клиент – сервер".

Трехзвенная (в некоторых случаях многозвенная ) архитектура (N-tier или multi-tier) представляет собой дальнейшее совершенствование технологии " клиент – сервер ". Рассмотрев архитектуру " клиент – сервер ", можно заключить, что она является 2-звенной: первое звено – клиентское приложение, второе звено – сервер БД + сама БД. В трехзвенной архитектуре вся бизнес-логика (деловая логика), ранее входившая в клиентские приложения, выделяется в отдельное звено, называемое сервером приложений. При этом клиентским приложениям остается лишь пользовательский интерфейс. Так, в качестве клиентского приложения в описанном выше примере выступает Web-браузер.

Работа построена следующим образом:

· База данных в виде набора файлов находится на жестком диске специально выделенного компьютера (сервера сети).

· СУБД располагается также на сервере сети.

· Существует специально выделенный сервер приложений, на котором располагается программное обеспечение (ПО) делового анализа (бизнес-логика).

· Существует множество клиентских компьютеров, на каждом из которых установлен так называемый "тонкий клиент" – клиентское приложение, реализующее интерфейс пользователя.

· На каждом из клиентских компьютеров пользователи имеют возможность запустить приложение – тонкий клиент. Используя предоставляемый приложением пользовательский интерфейс, он инициирует обращение к ПО делового анализа, расположенному на сервере приложений.

· Сервер приложений анализирует требования пользователя и формирует запросы к БД. Для общения используется специальный язык запросов SQL, т.е. по сети от сервера приложений к серверу БД передается лишь текст запроса.

· СУБД инкапсулирует внутри себя все сведения о физической структуре БД, расположенной на сервере.

· СУБД инициирует обращения к данным, находящимся на сервере, в результате которых результат выполнения запроса копируется на сервер приложений.

· Сервер приложений возвращает результат в клиентское приложение (пользователю).

· Приложение, используя пользовательский интерфейс, отображает результат выполнения запросов.