Архитектура клиент-сервер

Появление архитектуры клиент-сервер, как и многих других новых компьютерных технологий, сопровождалось рождением новой терминологии.

Источник: http://fas.aics.ru/student/lectures/aiit/cli-se.pdf

В табл. 17.1 перечислены некоторые термины, часто встречающиеся в описаниях продуктов и приложений клиент- сервер.

• Прикладной программный интерфейс (Application Programming Interface, API) Набор функций и подпрограмм, обеспечивающих взаимодействие клиентов и серверов

• Клиент Объект, запрашивающий информацию по сети. Как правило, это персональный компьютер или рабочая станция, запрашивающая информацию у сервера

• Промежуточное программное обеспечение Набор драйверов, прикладных программных интерфейсов и прочего программного обеспечения, позволяющего улучшить взаимодействие между клиентским приложением и сервером • Реляционная база данных База данных, в которой доступ к информации ограничен выбором строк, удовлетворяющих определенным критериям поиска

• Сервер Компьютер (как правило, высокопроизводительная рабочая станция, мини- компьютер или мэйнфрейм), хранящий информацию, с которой работают сетевые клиенты

• Язык структурированных запросов (Structured Query Language, SQL) Разработанный корпорацией IBM и стандартизованный институтом ANSI язык для создания, управления и изменения баз данных Знакомство с архитектурой клиент-сервер Вычислительная модель клиент-сервер заняла прочное место среди методов распределенных вычислений. И хотя разные производители предлагают разное программное обеспечение, о том, что такое архитектура клиент-сервер, вполне сложилось единое мнение.

В табл. 17.2 процитированы некоторые определения понятия «клиент- сервер». Внимательно прочитайте их.

На этих определениях основаны некоторые основные темы этой главы. Вычислительная модель клиент-сервер Разделение приложения на отдельные задачи, размещаемые на различных платформах для большей эффективности. Как правило, это означает, что программа представления данных находится на машине пользователя (на клиенте), а программа управления данными и сами данные — на сервере. В зависимости от приложения и используемого программного обеспечения вся обработка данных может осуществляться на клиентской машине или распределяться между клиентом и сервером. Сервер соединяется со своими клиентами по сети. Серверное программное обеспечение принимает запросы от клиентского программного обеспечения и возвращает ему результаты [28] Архитектура клиент-сервер Сетевое окружение, в котором управление данными осуществляется на серверном узле, а другим узлам предоставляется доступ к данным [59] Вычислительная модель клиент-сервер Совместная с клиентом обработка запросов клиента сервером и возвращение результатов клиенту. В этой модели обработка данных приложением распределена (не обязательно поровну) между клиентом и сервером. Обработка данных инициируется и частично управляется клиентом, но не в режиме «ведущий-ведомый», а, скорее, в режиме сотрудничества [5] Вычислительная модель клиент-сервер Модель взаимодействия между одновременно выполняемыми программными процессами. Клиентские процессы посылают запросы серверному процессу, посылающему обратно результаты этих запросов. Как предполагает название, серверные процессы предоставляют услуги своим клиентам, как правило, выполняя специфическую обработку, которую могут выполнить только они. Клиентский процесс, освобожденный от выполнения сложной обработки транзакции, может выполнять другую полезную работу. Взаимодействие между клиентским и серверным процессами представляет собой совместный транзакционный обмен, в котором активность исходит от клиента, а сервер реагирует на эту активность [90]

Приложение клиент-сервер

Любое приложение, в котором инициатор действия находится в одной системе, а исполнитель действия — в другой. Кроме того, в большинстве приложений клиент-сервер один сервер обслуживает запросы нескольких клиентов [75] На рис. 17.1 мы попытались проиллюстрировать суть этих определений. Как предполагает термин, окружение клиент-сервер состоит из клиентов и серверов. Клиентские машины, как правило, представляют собой однопользовательские персональные компьютеры или рабочие станции, предоставляющие конечным пользователям дружественный интерфейс. Клиентская станция обычно имеет наиболее удобный графический интерфейс пользователя, предполагающий наличие окон и мыши. Наиболее известные примеры подобных интерфейсов — интерфейсы операционных систем Microsoft Windows и Macintosh. Клиентские приложения предполагают простоту использования и знакомые инструментальные средства, например, электронные таблицы. Каждый сервер в окружении клиент-сервер предоставляет клиентам набор услуг. Наиболее распространенным типом сервера в архитектуре клиент-сервер является сервер баз данных, как правило, управляющий реляционной базой данных. Высокопроизводительный сервер обеспечивает коллективный доступ нескольких клиентов к одной и той же базе данных. Помимо клиентов и серверов в окружение клиент-сервер входит сеть. Вычислительная модель клиент-сервер по определению является распределенной. Пользователи, приложения и ресурсы располагаются на разных компьютерах и соединены общей локальной, глобальной или составной сетью. В чем отличие конфигурации клиент-сервер от других распределенных решений? Есть несколько характеристик, отличающих вычислительную модель клиент-сервер от обычных схем распределенных вычислений. • В приложениях клиент-сервер большое внимание уделяется созданию на клиентской машине дружественного пользователю интерфейса. Таким образом, пользователь получает полный контроль над расписанием и режимом работы компьютера, а менеджеры уровня отделов получают возможность реагировать на локальные проблемы. • Хотя приложения являются распределенными, в архитектуре клиент-сервер, как правило, используются централизованные корпоративные базы данных. Это позволяет руководству корпорации сохранять полный контроль над инвестициями в информационные системы, а также обеспечивать полную связность всех систем. В то же время такая конфигурация избавляет различные отделы компании от накладных расходов по управлению сложными вычислительными системами, но позволяет им выбирать типы машин и интерфейсы, которые им необходимы для доступа к данным. С подобным сочетанием централизованного и распределенного управления мы уже знакомы (см. раздел «Конкретный пример — компания Levi Strauss» в главе 15). • Как корпоративные пользователи, так и производители отдают предпочтение открытым и модульным системам. Это означает, что пользователю предоставляется более широкий выбор продуктов и большая свобода в объединении оборудования от различных производителей. • Компьютерная сеть является ключевым звеном данной архитектуры. Поэтому вопросы сетевого администрирования и сетевой безопасности при работе с информационными системами данного типа имеют приоритет. С одной стороны, архитектура клиент-сервер представляет собой естественное решение с точки зрения производителя, так как в ней используются все более доступные микрокомпьютеры и сети. С другой стороны, архитектура клиент-сервер, возможно, является идеальным выбором для поддержки выбранного организацией направления бизнеса. Последнее утверждение требует пояснений. Успех архитектуры клиент-сервер на рынке объясняется не новыми названиями старых решений. Вычислительная модель клиент-сервер действительно представляет собой новый технический метод распределенных вычислений. Но помимо этого, архитектура клиент-сервер создает условия для новых методов организации бизнеса. Рассмотрим две важные тенденции в промышленности, иллюстрирующие этот факт. Первая тенденция заключается в том, что компании постоянно пытаются снижать трудовые затраты и избавляться от лишних рабочих мест, что вызвано жесткой рыночной конкуренцией. Почему компаниям необходимо сокращать рабочие места, чтобы сохранить конкурентоспособность, и как им удается увеличивать производительность, добиваясь роста продаж без увеличения числа сотрудников? Стоимость каждого рабочего места стремительно растет, и этот рост сопровождается ростом заработной платы. В то же время стоимость рабочего оборудования, особенно компьютерного и сетевого, а также сетевого обслуживания увеличивается гораздо более скромными темпами. Все это привело, как и следовало ожидать, к существенному росту капиталовложений в компьютеры и информационные технологии, чтобы компенсировать сокращение штата сотрудников. Эта тенденция просматривается как в малом, так и в крупном бизнесе и затрагивает управленцев среднего звена, а также конторских служащих. Архитектура клиент-сервер предоставляет средство автоматизации задач и устранения барьеров для информации, что позволяет компаниям удалять лишние управленческие звенья и увеличивать производительность, не раздувая штаты. Другой тенденцией, иллюстрирующей эффективность архитектуры клиент-сервер, является так называемое движение внутреннего рынка. Это движение затрагивает, в первую очередь, крупный бизнес, пытающийся сочетать предпринимательское рвение с корпоративной мощью, чтобы получить лучшее и от того, и от другого: экономию, обусловленную крупными масштабами большого бизнеса, и гибкость малого бизнеса. В эпоху быстрых технологических и рыночных изменений многие крупные компании отказались от традиционной функциональной иерархии, заменив ее набором относительно независимых организационных единиц. Эти организационные единицы должны конкурировать с внешними компаниями. На внутреннем рынке каждая организационная единица функционирует как независимая компания. Каждая организационная единица сама решает, что и у кого ей покупать (независимо от того, является поставщик подразделением той же корпорации или же внешней компанией). Даже такие традиционные непроизводительные подразделения, как бухгалтерия, информационные системы и юридический отдел, должны продавать свои услуги другим подразделениям и конкурировать с внешними поставщиками. 

 

Внутренняя конкуренция призвана исправить недостатки традиционного метода ведения бизнеса. В [93] отмечается, что «Американские корпорации являются одними из самых крупных социалистических бюрократий в мире. Они характеризуются централизованным планированием, централизованным владением капитала, централизованным распределением ресурсов, субъективной оценкой труда, отсутствием внутренней конкуренции и склонностью принимать решения в ответ на политическое давление». Движение внутренних рынков уже трансформировало некоторые компании, и обещает оказать существенное влияние на другие. Однако до недавних пор на пути реализации подобной схемы было одно труднопреодолимое препятствие. В крупной компании наличие внутреннего рынка может привести к тому, что тысячам отделов придется постоянно договариваться друг с другом и с внешними организациями. Проанализировав эту ситуацию, можно предположить, что стоимость и сложность бухгалтерского учета всех транзакций превысит пользу от введения внутреннего рынка. Это препятствие было преодолено благодаря развитию вычислительных технологий. Сегодня ряд транснациональных корпораций пользуются новейшими системами управления базами данных, работающими в сетях с архитектурой клиент-сервер, что позволяет им внедрять идею внутреннего рынка [93]. Эти и другие тенденции в мире бизнеса послужили стимулом к увеличению инвестиций в технологию клиент-сервер. На рис. 17.2 показаны функциональные области, в которых активно применяются приложения клиент-сервер. График основан на результатах опроса 350 менеджеров информационных систем [31]. Разумеется, как и любое кардинальное изменение компьютерной конфигурации, переход на архитектуру клиент-сервер не является ни безопасным, ни безболезненным. В табл. 17.3 показано, что пользователи при переходе на архитектуру клиент-сервер, помимо получаемых преимуществ, сообщают о множестве проблем. Тем не менее благодаря снижению стоимости и росте популярности персональных компьютеров, а также благодаря растущей конкуренции в промышленности, архитектура клиент-сервер в обозримом будущем будет, скорее всего, доминировать в бизнесе.

Таблица 17.3. Достоинства и недостатки архитектуры клиент-сервер

Системная характеристика Значение Достоинства

Сеть небольших мощных машин Если одна машина выйдет из строя, ваша компания все равно сможет продолжать работу Мощные объединения компьютеров Система предоставляет мощность, позволяющую выполнять работу без монополизации ресурсов. У конечных пользователей достаточно мощностей для локальной работы Некоторые рабочие станции столь же мощны, как мэйнфреймы, но их стоимость на порядок ниже Предоставляя вычислительные мощности за меньшие деньги, система позволяет вам тратить сэкономленные средства на другие приобретения или на увеличение ваших доходов Открытые системы Аппаратуру, программы и услуги можно приобретать у разных поставщиков Легкость наращивания системы Вашу систему нетрудно модернизировать, как только ваши потребности изменятся Индивидуальная рабочая среда клиента Вы можете объединять компьютерные платформы, подбирая их под конкретные нужды подразделений и пользователей

Недостатки

Слабая поддержка Отдельные части системы не всегда корректно работают вместе. Бывает довольно трудно найти причину неисправности Недостаток инструментальных средств обслуживания При использовании архитектуры клиент-сервер часто приходится искать инструментальные средства на рынке или разрабатывать их самостоятельно Необходимость переобучения Философия программирования для Мае или Windows существенно отличается от философии программирования на языке COBOL или С

 

Эволюция архитектуры клиент-сервер

Идея организовать вычислительные ресурсы в соответствии с архитектурой клиент-сервер возникла на уровне рабочих групп и подразделений компаний. Менеджеры отделов обнаружили, что использование централизованных приложений, работающих на мэйнфрейме, не дает им достаточно быстро реагировать на требования бизнеса. Развертывание приложений центральным отделом информационного обслуживания требовало очень много времени, а результаты не всегда соответствовали нуждам подразделений.

С развитием персональных компьютеров работники получили возможность хранить и обрабатывать данные прямо на своих рабочих местах, а менеджеры отделов — быстро находить нужные приложения. Однако в окружении, состоящем исключительно из персональных компьютеров, пользователи при совместной работе сталкивались с определенными трудностями. Даже на уровне одного подразделения компании было необходимо поддерживать базу данных, а также форматы и стандарты их использования. Решение проблем дает архитектура клиент-сервер, развернутая на уровне подразделения. Как правило, подобная архитектура включает одну локальную сеть, несколько персональных компьютеров и один или два сервера. Успех систем клиент-сервер уровня подразделения проложил дорогу системам клиент-сервер уровня предприятия.

В идеальном случае подобная архитектура позволяет интегрировать ресурсы подразделений компании и отдела информационного обслуживания, а также запускать приложения, предоставляющие пользователям контролируемый доступ к корпоративным базам данных. Важной чертой подобных архитектур является то, что центральный отдел информационного обслуживания вновь возвращает себе полный контроль над данными, но уже в контексте распределенной вычислительной системы.

Приложения клиент-сервер

Важнейшей особенностью вычислительной модели клиент-сервер является распределение прикладных задач между клиентами и серверами.

Иллюстрация общего случая приведена на рис. 17.3. Как на клиенте, так и на сервере базовым программным обеспечением является, разумеется, операционная система. Аппаратные платформы и операционные системы клиентов и серверов могут отличаться. В самом деле, в едином окружении могут использоваться разные типы клиентских и серверных платформ и операционных систем. Однако эти различия не имеют значения, если сервер и клиент используют одни и те же коммуникационные протоколы и поддерживают одинаковые приложения. Взаимодействие клиента и сервера обеспечивается коммуникационным программным обеспечением. Примерами такого программного обеспечения являются набор протоколов TCP/IP,- протоколы OSI, а также различные фирменные архитектуры, вроде SNA. 

Разумеется, назначение всего этого программного обеспечения поддержки (протоколов и операционной системы) заключается в предоставлении базы для распределенных приложений. В идеальном случае выполняемая приложением функция должна быть распределена между клиентом и сервером таким образом, чтобы вычислительные и сетевые ресурсы использовались оптимально, а пользователи получили оптимальные возможности для выполнения различных задач и совместной работы. В некоторых случаях для этого может быть необходимо, чтобы большая часть программного обеспечения выполнялась на сервере, тогда как в других случаях большая часть логики может быть реализована на клиенте. 

Наконец, существенным фактором успеха является метод взаимодействия пользователя с системой, то есть большое значение имеет пользовательский интерфейс клиентской машины. В большинстве систем клиент-сервер графическому интерфейсу пользователя (Graphical User Interface, GUI) уделяется очень серьезное внимание — он должен быть простым и удобным, но одновременно мощным и гибким. Таким образом, модуль услуг представления на рабочей станции можно считать ответственным за дружественный интерфейс с распределенными приложениями. Модуль услуг представления не следует путать с уровнем представления эталонной модели OSI. Уровень представления занимается форматированием данных для их корректной интерпретации каждым из двух взаимодействующих компьютеров. Модуль услуг представления имеет дело с взаимодействием пользователя и приложения, а также с функциональностью графического интерфейса пользователя. 

Категории: 

Метки: