Чем отличается архитектура бд клиент сервер от файл сервер
Ну это по ходу про базы данных ?
Клиент - Сервер :
Клиентская часть (на компе пользователя) формирует некий запрос и оправляет его серверу. Серверная часть (На сервере) обрабатывает запрос и направляет его резульатат клиенту. Плюсы - нет загрузки сети, можно использовать "тонкий" канал. Минусы - сервер должен быть можным так как при большом числе запросов нужно их быстро обрабатывать.
Если информация лежит на Файловом сервере :
Комп пользователя открывает необходимый информационный массив на Сервере и сам ищет необходимую ему информацию. Минусы - большие информационные массивы передаются через сеть, что при работе большого числа рабочих станций ведет к сильной загрузке сети и не лечится увеличением быстродействия сервера как в первом случае.
Архитектура "файл-сервер"
При работе в архитектуре "файл-сервер" база данных и приложение расположены на файловом сервере сети. Возможна многопользовательская работа с одной и той же базе данных, когда каждый пользователь со своего компьютера запускает приложение, расположенное на сетевом сервере. Тогда на компьютере пользователя запускается копия приложения. По каждому запросу к базе данных из приложения данные из таблиц базы данных перегоняются на компьютер пользователя, независимо от того, сколько реально нужно данных для выполнения запроса. После этого выполняется запрос.
Каждый пользователь имеет на своем компьютере локальную копию данных, время от времени обновляемых из реальной базы данных, расположенной на сетевом сервере. При этом изменения, которые каждый пользователь вносит в базу данных, могут быть до определенного момента неизвестны другим пользователям, что делает актуальной задачу систематического обновления данных на компьютере пользователя из реальной базы данных. Другой актуальной задачей является блокирование записей, которые изменяются одним из пользователей; это необходимо для того, чтобы в это время другой пользователь не внес изменений в те же данные.
В архитектуре "файл-сервер" вся тяжесть выполнения запросов к базе данных и управления целостностью базы данных ложится на приложение пользователя. База данных на сервере является пассивным источником данных.
Недостатки архитектуры "файл-сервер" решаются при переводе приложений в архитектуру "клиент-сервер". Характерной особенностью архитектуры "клиент-сервер" является перенос вычислительной нагрузки на сервер базы данных (sql-сервер) и максимальная разгрузка приложения клиента от вычислительной работы, а также существенное укрепление безопасности данных – как от злонамеренных, так и просто ошибочных изменений. БД в этом случае помещается на сетевом сервере, как и в архитектуре "файл-сервер", однако прямого доступа к базе данных (БД) из приложений не происходит. Функция прямого обращения к БД осуществляет специальная управляющая программа – сервер БД (sql-сервер) , поставляемый разработчиком СУБД.
Архитектура "клиент-сервер" предназначена для работы с удаленными БД, состоит из приложения клиента, расположенного на компьютере пользователя, а также удаленной БД и СУБД, располагающихся на удаленном компьютере в глобальной сети (сервере) .
Архитектура "клиент-сервер" разделяет функции приложения пользователя (называемого клиентом) и сервера.
Функциями приложения-клиента являются:
- Посылка к серверу запросов;
- Интерпретация результатов запросов, полученных от сервера, и представление их пользователю в требуемой форме;
- Реализация интерфейса пользователя.
Sql-сервер должен быть загружен на момент принятия запроса клиента.
Функциями сервера БД являются:
- Прием запросов от приложений-клиентов, интерпретация запросов, выполнение запросов в БД, отправка результата выполнения запроса клиенту;
- Управление целостностью БД, обеспечение системы безопасности, блокировка неверных действий приложений-клиентов;
- Обеспечение одновременной безопасной от отказоустойчивой многопользовательской работы с одними и теми же данными
На основе даталогической модели строится физическая модель.
Физическая организация данных оказывает основное влияние на эксплуатационные характеристики БД. Разработчики СУБД пытаются создать наиболее производительные физические модели данных, предлагая пользователям тот или иной инструментарий для поднастройки модели под конкретную БД.
В частности для реляционной БД она уже учитывает:
1. физические аспекты хранения таблиц в определенных файлах,
2. создания индексов, оптимизирующих скорость выполнения операций над данными с помощью приложения,
3. выполнения различных действий над данными при определенных событиях, определяемых пользователем с помощью триггеров, хранимых процедур.
Архитектура БД
По принципам обработки данных БД классифицируются на централизованные и распределенные.
Централизованная БД подразумевает, что работа с БД возможна только локально. Если компьютер работает в сети, то доступ к информации может осуществляться удаленно с других компьютеров сети. Централизованные БД наиболее распространены в настоящее время. При этом возможны несколько вариантов обработки данных.
Файл-серверная архитектура предполагает наличие в сети сервера, на котором хранятся файлы централизованной БД. 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. После завершения работы пользователи копируют файлы с обработанными данными обратно на сервер, откуда их могут взять и обработать другие пользователи. Недостатки такой организации данных очевидны. 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 работу. В противном случае возможно затирание исправлений сделанных одним пользователем, изменениями других пользователей.
В основе концепции клиент-сервер лежит идея о том, что помимо хранения файлов БД, центральный сервер должен выполнять основную часть обработки данных. Пользователи обращаются к серверу с помощью специального языка структурированных запросов (SQL, Structed Query Language), на которм описывается список задач, выполняемых сервером. Запросы принимаются сервером и порождают процессы обработки данных. В ответ пользователь получает уже отработанный набор данных. Технология клиент-сервер позволяет избежать передачи по сети огромных объемов информации, переложив всю обработку на центральный сервер. Такой подход также позволяет избежать конфликтов при редактировании одних и тех же данных множеством пользователей.
Трехуровневая архитектура («Тонкий клиент» - сервер приложений - сервер базы данных)функционирует в Интранет- и Интернет-сетях.. Клиентская часть ("тонкий клиент"), взаимодействующая с пользователем, представляет собой HTML-страницу в Web-браузере либо Windows-приложение, взаимодействующее с Web-сервисами. Вся программная логика вынесена на сервер приложений, который обеспечивает формирование запросов к базе данных, передаваемых на выполнение серверу баз данных. Сервер приложений может быть Web-сервером или специализированной программой.
Распределенная БД располагается на нескольких компьютерах. Информация на этих компьютерах может пересекаться и даже дублироваться. Для управления такими БД предназначена система управления распределенными БД. Система скрывает от пользователей обращения к данным, расположенным на других компьютерах. Для пользователя все выглядит так, как будто вся информация находится на одном сервере.
Прикладные программы управления данными представляют собой необходимый инструмент для распределенной обработки.
Архитектура клиент-сервера сети позволяет различным прикладным программам одновременно использовать общую базу данных. Совершенно очевидно, что перенос программ управления данными с рабочих станций на сервер способствует высвобождению ресурсов рабочих станций, предоставляет возможность увеличить число частных, локально решаемых задач. Данная архитектура позволяет также централизовать ряд самых важных функций управления данными, такие, как защита информации баз данных, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов.
Одним из важных преимуществ архитектуры клиент-сервера в сетевой обработке данных является возможность сокращения времени реализации запроса. В подтверждение этому рассмотрим две базовые технологии обработки информации в архитектуре клиент-сервера сети и технологии использования традиционного файлового сервера.
Допустим, что прикладная программа базы данных загружена на рабочую станцию и пользователю необходимо получить все записи, удовлетворяющие некоторым поисковым условиям. В среде традиционного файлового сервера программа управления данными, которая выполняется на рабочей станции, должна осуществить запрос к серверу каждой записи базы данных (рис.9.5,а). Программа управления данными на рабочей станции может определить, удовлетворяет ли запись поисковым условиям, лишь после того, как она будет передана на рабочую станцию. Очевидно, что данный технологический вариант обработки информации имеет наибольшее суммарное время передачи данных по каналам сети.
В среде клиент-сервера, напротив, рабочая станция посылает запрос высокого уровня серверу базы данных. Сервер базы данных осуществляет поиск записей на диске и анализирует их. Записи, удовлетворяющие условиям, могут быть накоплены на сервере. После того, как запрос целиком обработан, пользователю на рабочую станцию передаются все записи, которые удовлетворяют поисковым условиям (рис. 9.5,б).
Данная технология позволяет снизить сетевой трафик и повысить пропускную способность сети. Более того, за счет выполнения операции доступа к диску и обработки данных в одной системе сервер может осуществить поиск и обрабатывать запросы быстрее, чем если бы эти запросы обрабатывались на рабочей станции.
| Файл–сервер | Рабочая станция |
Рис. 9.5. Технологии обработки запросов по базовым вариантам: а – типовая среда обработки запросов в сетях ЭВМ; б – распределенная среда обработки запросов в сетях ЭВМ
Прикладные программы баз данных клиент-сервера поддерживаются программными продуктами:
· NetWare Btrieve – программой управления записями с индексацией по ключу (выполняется на сервере);
· NetWare SQL – ядром реляционных баз данных, предназначенным для обеспечения системы защиты и целостности данных.
Службы баз данных NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell позволяют разработчикам создавать надежные прикладные программы баз данных без необходимости написания собственных программ управления записями, что обеспечивает удобный перенос прикладных программ в среду клиент-сервера.
В настоящее время разработаны десятки тысяч прикладных автономных и многозадачных программ, ориентированных на клиента версий NetWare Btrieve, NetWare SQL, которые могут быть использованы организациями, создающими или имеющими сеть ЭВМ. Более того, версии NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell для клиентов имеют согласованные API, что упрощает перенос программ из среды одного клиента в среду другого.
По степени изменчивости все базы данных (БД) можно разделить на два класса:
· А – условно-постоянные (в основном для справочных систем);
· Б – сильно динамичные (для банковских, биржевых систем и т.п.).
Для ведения баз данных первого и второго классов используются системы управления базами данных (СУБД), которые в значительной степени отличаются друг от друга как по функциональным возможностям, так и по эксплуатационным характеристикам.
Например, для условно-постоянных БД наиболее важными показателями являются показатели скорости отработки запросов и скорости формирования выходных отчетов по БД, а такие показатели, как скорость отработки транзакций и контроль целостности БД при отработке транзакций не столь критичны; для сильнодинамичных БД, на первый план выходят такие показатели, как скорость отработки транзакций, возможность контроля целостности, скорость формирования отчетов, согласованность по чтению и транзакциям. Менее критичны здесь скорости отработки запросов.
Поэтому любая СУБД не может одинаково успешно применяться при работе с БД разных классов. Такие системы, как CLIPPER, FOXPRO, ориентированы на первый класс БД – А, и здесь имеются неплохие результаты, а такие СУБД , как Informix, Ingres, SyBase, создавались для второго класса – Б.
Исходя из вышесказанного, напрашивается вывод: найти «золотую середину», которая удовлетворяла бы требованиям обоих классов А и Б. Решением этой противоречивой задачи является использование дифференциальной организации файлов базы данных, или дифференциальных файлов (ДФ).
В последнее время разработчики СУБД ведущих фирм подошли к использованию идеи ДФ. Причинами явились следующие факты:
• значительное расширение класса решаемых на IBM PC задач, так что термин «персональный компьютер» уже не соответствует действительности;
• широкое распространение локальных вычислительных систем (ЛВС);
• разработка многопользовательских и многозадачных систем;
• стремительное развитие технической базы ЭВМ (в большей степени дисковой памяти).
Остановимся на сути ДФ применительно к БД в ЛВС. Реализация идеи ЛВС в различных СУБД значительно отличается.
Идея ДФ включает положения:
• основной файл БД остается неизменным при любых обновлениях базы данных, т.е., любые изменения БД последовательно накапливаются в специальном файле изменений (не путать с журналом транзакций) – ДФ;
• никакие индексы для него не создаются и не поддерживаются.
Когда ДФ достигает значительных размеров (примерно 25 – 40 % от размеров БД), администратор вносит все изменения в основной файл БД в удобный момент времени в пакетном режиме.
В качестве примера сравним книгу, где наблюдаются опечатки в страницах, и базу данных с ДФ. Нет необходимости переиздания книги из-за нескольких опечаток или незначительных изменений. Если это количество имеет тенденцию к значительному росту и достигло предельного значения, то становятся оправданными затраты на переиздание книги, куда должны быть включены все накопленные изменения.
Достоинства ДФ относятся к обеспечению высокой надежности, целостности БД и скорости отработки транзакций.
Вопрос, какие скорости отработки транзакций можно обеспечить при использовании ДФ, является довольно важным. Очевидно, что скорость отработки транзакций при такой организации БД возрастет в десятки раз. При этом сервер базы данных практически напоминает обычный файл-сервер.
Что касается индексов, то проблемы их поддержания не существует (скорости добавления, удаления, модификации записей БД находятся на самом высоком уровне). Внесение добавлений в БД не отличается от добавлений в обычный последовательный файл. Время обновления записей БД не зависит ни от размеров БД, ни от длины ключей, ни от их числа. Временные затраты на блокировку (как одно из узких мест для БД и ЛВС) сведены к минимуму.
Для того чтобы обеспечить согласованность данных по чтению, нет необходимости блокировать целиком таблицу, что имеет место в ряде СУБД, т.е., когда запрос (или формируемый отчет) начинает выполняться, СУБД «запоминает» старший адрес в ДФ (моментальный снимок). При этом пользователь, инициализирующий свой запрос, не обязан ждать «своего момента». Он «не видит» никого из пользователей и получает снимок БД именно в этот момент времени. Далее, по мере выполнения запроса (даже очень быстрого) часть записей-целей могла быть или изменена, или удалена. Это отразится только на старших адресах ДФ, а поэтому СУБД просто проигнорирует любые изменения данных, случившиеся после начала выполнения запроса. Гарантируется корректировка сложных и длительных запросов к БД, т.е. обеспечение согласованности по чтению и транзакциям.
А, как в этом случае ведется поиск в БД? По ассоциатору находится множество записей-целей: число и список их адресов в основной БД, после чего производится считывание ассоциатора ДФ и производится корректировка этого списка. За счет этой корректировки время поиска увеличивается, причем величина этого увеличения зависит от размеров ДФ. Своевременность обновления БД должна быть в компетенции администратора БД. Чтобы исключить существенные издержки, связанные с ДФ, можно накапливать изменения БД для их пакетной обработки и при поиске ДФ не учитывать. В ряде систем, таких как банковские, допускается потеря некоторой точности в период между циклами обновления – контролируемое запаздывание.
Помимо всего прочего использование ДФ обеспечивает:
• возможность администратору восстанавливать случайно удаленные записи;
• возможность (при необходимости) хранить индексные файлы на самих рабочих станциях;
• возможность создания распределенных БД;
• одновременное выполнение транзакций.
Непротиворечивость данных может обеспечиваться механизмом захвата на уровне записи – откат транзакций любой доступной вложенности.
Одной из базовых функций информационной системы организации любого масштаба является обеспечение обмена информацией как внутри организации, так и за ее пределами. Однако в этом процессе имеются проблемы, связанные со скоростью обмена информацией и работой с информацией в режиме коллективного доступа. Решают эти проблемы программные продукты, организующие обработку информации по определенным технологиям. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие технологии:
Файл-серверная технология – это работа в сетевом пространстве с доступом к файлам СУБД, хранящимся на сервере.
Обработка запроса одного пользователя:
· Обращение к БД (запрос)
· Перекачка данных с блокировкой доступа других пользователей
· Обработка данных на компьютере пользователя
В файл-серверной организации клиент работает с удаленными файлами, что вызывает существенную перегрузку трафика (поскольку СУБД-ФС работает на стороне клиента, то для выборки полезных данных в общем случае необходимо просмотреть на стороне клиента весь соответствующий файл целиком).
В целом, в файл-серверной архитектуре мы имеем "толстого" клиента и очень "тонкий" сервер в том смысле, что почти вся работа выполняется на стороне клиента, а от сервера требуется только достаточная емкость дисковой памяти.
Недостатки файл-серверной системы очевидны:
· Очень большая нагрузка на сеть, повышенные требования к пропускной способности. На практике это делает практически невозможной одновременную работу большого числа пользователей с большими объемами данных.
· Обработка данных осуществляется на компьютере пользователей. Это влечет повышенные требования к аппаратному обеспечению каждого пользователя. Чем больше пользователей, тем больше денег придется потратить на оснащение их компьютеров.
· Блокировка данных при редактировании одним пользователем делает невозможной работу с этими данными других пользователей.
· Безопасность. Для обеспечения возможности работы с такой системой Вам будет необходимо дать каждому пользователю полный доступ к целому файлу, в котором его может интересовать только одно поле.
Технология клиент-сервер разделяет приложение на две части, используя лучшие качества обеих сторон. Клиентская часть обеспечивает интерактивный, легкий в использовании, обычно графический интерфейс - находится на компьютере пользователя. Сервер (программа) обеспечивает управление данными, разделение информации, изощренное администрирование и безопасность - находится на специально выделенном компьютере - сервере).
Заметим, что интерфейс между клиентской частью приложения и клиентской частью сервера баз данных, как правило, основан на использовании языка SQL. Поэтому такие функции, как, например, предварительная обработка форм, предназначенных для запросов к базе данных, или формирование результирующих отчетов выполняются в коде приложения, а все обращения к серверу баз данных сводятся к передаче текста операторов языка SQL.
Поскольку вся работа с БД (выборка, добавление, выполнение триггеров и процедур) происходит на стороне сервера, то в клиент-серверной организации клиенты могут являться достаточно "тонкими", а сервер должен быть "толстым" настолько, чтобы быть в состоянии удовлетворить потребности всех клиентов.
При необходимости произвести обработку информации, хранящейся в БД, запущенное на компьютере пользователя клиентское приложение, работающее с БД, формирует запрос на языке SQL. Сервер базы данных принимает запрос и обрабатывает его самостоятельно. Никакой массив данных (файл) по сети не передается. После обработки запроса на компьютер пользователя передается только результат - то есть, в предыдущем примере, - список платежных поручений, удовлетворяющих нужным критериям. Сам же файл, в котором хранились данные, послужившие источником для обработки, остается незаблокированным для доступа самого сервера по запросам других пользователей.
В серьезных клиент-серверных СУБД существуют дополнительные механизмы, снижающие нагрузку на сеть, снижающие требования к пользовательским компьютерам. В качестве примера приведем хранимые процедуры - то есть целые программы обработки данных, хранящихся в БД. В этом случае от пользователя к серверу не передается даже SQL выражения - передается вызов функции с параметрами вызова. Таким образом, рабочее место пользователя еще сильнее упрощается, логика работы программы переносится на сервер. Пользовательское место становится всего лишь средством отображения информации. Все это означает дальнейшее снижение нагрузки на сеть и пользовательские рабочие станции.
Таким образом, все вышеперечисленные недостатки файл-серверной схемы устраняются в архитектуре клиент-сервер:
Читайте также: