Классическая двухуровневая архитектура «Клиент – сервер»

Технология «Клиент – сервер»

Технология «клиент-сервер»пришла на смену централизованной схеме управления вычислительным процессом на мейнфреймах еще в 80-х годах прошлого века. Благодаря высокой живучести и надежности вычислительной системы, легкости масштабирования, возможности одновременной работы пользователя с несколькими приложениями, высокой оперативности обработки информации, обеспечению пользователя высококачественным интерфейсом и другим возможностям эта весьма перспективная и далеко не исчерпавшая себя технология получила свое дальнейшее развитие.

Со временем малофункциональную модель файлового сервера для локальных сетей (FS) заменили появившиеся одна за одной модели структуры «Клиент- сервер» (RDA, DBS и AS).

Заняв нишу баз данных, технология «Клиент – сервер» стала основной технологией глобальной сети Internet. Далее, в результате перенесения идей сети Internet в среду корпоративных систем, появилась технология Intranet. В отличие от технологии «Клиент-сервер» эта технология ориентирована не на данные, а на информацию в ее окончательно готовом к потреблению виде. Вычислительные системы, построенные на основе Intranet, имеют в своем составе центральные серверы информации и распределенные компоненты представления информации конечному пользователю (программы-навигаторы, или браузеры). Взаимодействие между клиентом и сервером в Intranet происходит при помощи web – технологий.

На сегодняшний день технология «Клиент-сервер» получает все большее распространение, однако сама по себе она не предлагает универсальных рецептов. Она лишь дает общее представление о том, как должна быть организована современная распределенная информационная система. В то же время реализации этой технологии в конкретных программных продуктах и даже в видах программного обеспечения различаются весьма существенно.

Классическая двухуровневая архитектура «Клиент – сервер»

Обычно компоненты сети не равноправны: у одних есть доступ к ресурсам (например, принтер, процессор, система управления базой данных (СУБД), файловая система и так далее), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам.

Технология «Клиент – сервер» - это архитектура программного комплекса, в которой происходит распределение прикладной программы по двум логически различным компонентам (клиент и сервер), взаимодействующим по схеме «запрос-ответ» и решающим свои определенные задачи (рисунок 6).

Рисунок 6 – Архитектура «Клиент – сервер»

Компьютер (или программа), управляющий и/или владеющий каким-либо ресурсом, называют сервером этого ресурса.

Компьютер (или программа), запрашивающий и пользующийся каким-либо ресурсом, называют клиентом этого ресурса.

Клиент и сервер могут находиться как на одном компьютере (ПК), так и на разных ПК в сети. Также может возникать такая ситуация, когда некоторый программный блок будет одновременно выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому.

Основной принцип технологии «Клиент-сервер» заключается в разделении функций приложения как минимум на три группы:

- модули интерфейса с пользователем;

Также эту группу называют логикой представления. Через эту группу пользователи взаимодействуют с приложением. Независимо от конкретных характеристик логики представления (интерфейс командной строки, сложные графические пользовательские интерфейсы, интерфейсы через посредника) ее задача состоит в том, чтобы обеспечить средства для наиболее эффективного обмена информацией между пользователем и информационной системой.

- модули хранения данных;

Эту группу также называют бизнес-логикой. Бизнес-логика определяет, для чего конкретно предназначено приложение (например, прикладные функции, характерные для данной предметной области). Разделение приложения по границам между программами обеспечивает естественную основу для распределения приложения на нескольких компьютерах.

- модули обработки данных (функции управления ресурсами);

Эту группу также называют логикой доступа к данным или алгоритмами доступа к данным. Алгоритмы доступа к данным исторически рассматривались как специфический для конкретного приложения интерфейс к механизму постоянного хранения данных наподобие файловой системы или СУБД. При помощи модулей обработки данных организуется специфический для приложения интерфейс к СУБД. При помощи интерфейса приложение управляет соединениями с базой данных и запросами к ней (перевод специфических для конкретного приложения запросов на язык SQL, получение результатов и перевод этих результатов обратно в специфические для конкретного приложения структуры данных).

Каждая из этих групп может быть реализована независимо от двух других. Например, не изменяя программ, используемых для хранения и обработки данных, можно изменить интерфейс с пользователем таким образом, что одни и те же данные будут отображаться в виде таблиц, графиков или гистограмм. Очень простые приложения часто способны собрать все три части в единственную программу, и подобное разделение соответствует функциональным границам.

В соответствии с разделением функций в любом приложении выделяются следующие компоненты:

- компонент представления данных;

- прикладной компонент;

- компонент управления ресурсом.

В классической архитектуре клиент-сервер приходится распределять три основные части приложения по двум физическим модулям. Обычно прикладной компонент располагается на сервере (например, сервере базы данных), компонент представления данных - на стороне клиента, а компонент управления ресурсом распределяется между клиентской и серверной частями. В этом заключается основной недостаток классической двухуровневой архитектуры.

В двухзвенной архитектуре при разбиении алгоритмов обработки данных разработчики должны иметь полную информацию о последних изменениях, внесенных в систему, и понимать эти изменения, что создает большие сложности при разработке клиент-серверных систем, их установке и сопровождении, поскольку необходимо тратить значительные усилия на координацию действий разных групп специалистов. В действиях разработчиков часто возникают противоречия, а это тормозит развитие системы и вынуждает изменять уже готовые и проверенные элементы.

Чтобы избежать несогласованности различных элементов архитектуры были созданы две модификации двухзвенной архитектуры «Клиент – сервер»: «Толстый клиент» («Тонкий сервер») и «Тонкий клиент» («Толстый сервер»).

В данных архитектурах разработчики попытались выполнять обработку данных на одной из двух физических частей - либо на стороне клиента («Толстый клиент»), либо на сервере («Тонкий клиент).

Каждый подход имеет свои недостатки. В первом случае неоправданно перегружается сеть, потому что по ней передаются необработанные, а значит, избыточные данные. Кроме того, усложняется поддержка системы и ее изменение, так как замена алгоритма вычислений или исправление ошибки требует одновременной полной замены всех интерфейсных программ, а иначе могут возникнуть ошибки или несогласованность данных. Если же вся обработка информации выполняется на сервере, то возникает проблема описания встроенных процедур и их отладки. Систему с обработкой информации на сервере абсолютно невозможно перенести на другую платформу (ОС), что является серьезным недостатком.

Есди все-таки разрабатывается двухуровневая классическая архитектура «Клиент – сервер», то необходимо помнить следующее:

- архитектура «Толстый сервер» аналогична архитектуре «Тонкий клиент» (рисунок 33);

Рисунок 33. – Архитектура «Тонкий клиент»

Передача запроса от клиента на сервер, обработка запроса сервером и передача результата клиенту. При этом архитектуры имеют следующие недостатки:

- усложняется реализация, так как языки типа SQL не приспособлены для разработки подобного ПО и нет хороших средств отладки;

- производительность программ, написанных на языках типа SQL, значительно ниже, чем созданных на других языках, что имеет важное значение для сложных систем;

- программы, написанные на СУБД-языках, обычно работают недостаточно надежно; ошибка в них может привести к выходу из строя всего сервера баз данных;

- получившиеся таким образом программы полностью непереносимы на другие системы и платформы.

 - архитектура «Тонкий сервер» аналогична архитектуре «Толстый клиент» (рисунок 34).

Обработка запроса происходит на стороне клиента, то есть происходит передача клиенту всех необработанных данных с сервера. При этом архитектуры имеют следующие недостатки:

- усложняется обновление ПО, поскольку его замену нужно производить одновременно по всей системе;

- усложняется распределение полномочий, так как разграничение доступа происходит не по действиям, а по таблицам;

- перегружается сеть вследствие передачи по ней необработанных данных;

- слабая защита данных, поскольку сложно правильно распределить полномочия.

Рисунок 34. – Архитектура «Толстый клиент»

Для решения перечисленных проблем используются многоуровневые (три и более уровней) архитектуры «Клиент-сервер».

Трехуровневая модель

С середины 90-х годов прошлого века признание специалистов получила трехзвенная архитектура «Клиент – сервер», которая разделила информационную систему по функциональным возможностям на три отдельных компонента: логика представления, бизнес-логика и логика доступа к данным. В отличие от двухзвенной архитектуры в трехзвенной появляется дополнительное звено - сервер приложений, который предназначен для осуществления бизнес-логики, при этом полностью разгружается клиент, который направляет запросы промежуточному программному обеспечению, и максимально используются все возможности серверов.

В трехуровневой архитектуре клиент обычно не перегружен функциями обработки данных, а выполняет свою основную роль системы представления информации, поступающей с сервера приложений. Такой интерфейс можно реализовать с помощью стандартных средств Web-технологии - браузера, CGI и Java. Это уменьшает объем данных, передаваемых между клиентом и сервером приложений, что позволяет подключать клиентские компьютеры даже по медленным линиям типа телефонных каналов. Кроме того, клиентская часть может быть настолько простой, что в большинстве случаев ее реализуют с помощью универсального браузера. Но если менять ее все-таки придется, то эту процедуру можно осуществить быстро и безболезненно.

Сервер приложений – это программное обеспечение, являющееся промежуточным слоем между клиентом и сервером (рисунок 35).

Рисунок 35 - Сервер приложений

Существует несколько категорий продуктов промежуточного слоя:

- Message orientated – яркие представители MQseries и JMS;

- Object Broker – яркие представители CORBA и DCOM;

- Component based – яркие представители.NET и EJB.

Использование сервера приложений дает больше возможностей, например, уменьшается нагрузка на клиентские компьютеры, потому что сервер приложений распределяет нагрузку и обеспечивает защиту от сбоев. Так как бизнес-логика хранится на сервере приложений, то при каких-либо изменениях в отчетности или расчетах клиентские программы никоим образом не затрагиваются.

Существует несколько серверов приложений от таких знаменитых компаний как Sun Microsystem, Borland, IBM, Oracle и каждый из них отличается набором предоставляемых сервисов (производительность в данном случае учитывать не будем). Эти сервисы облегчают программирование и развертывание приложений масштаба предприятия. Обычно сервер приложений предоставляет следующие сервисы:

- WEB Server – чаще всего включают в поставку самый популярный и мощный Apache;

- WEB Container – позволяет выполнять JSP и сервлеты. Для Apache таким сервисом является Tomcat;

- CORBA Agent – может предоставлять распределенную директорию для хранения CORBA объектов;

- Messaging Service – брокер сообщений;

- Transaction Service – уже из названия понятно, что это сервис транзакций;

- JDBC – драйвера для подключения к базам данных, ведь именно серверу приложений придется общаться с базами данных и ему нужно уметь подключаться к используемой в вашей компании базе;

- 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.