Первоначально СУБД имели централизованную архитектуру (рис.1). В ней сама СУБД и прикладные программы, которые работали с базами данных, функционировали на центральном компьютере (большая ЭВМ или мини-компьютер). Там же располагались базы данных. К центральному компьютеру были подключены терминалы, выступавшие в качестве рабочих мест пользователей. На рисунке изображена традиционная централизованная архитектура баз данных.
Рисунок 1. Системы с централизованной архитектурой.
При подобной архитектуре и СУБД, и сами данные размещаются на центральном компьютере или мэйнфрейме вместе с приложением. Получив запрос от пользователя, СУБД просматривает базу данных, производит необходимые вычисления и отображает результат на терминале пользователя. Т.к. система обслуживает много различных пользователей, каждый из них ощущает снижение быстродействия по мере увеличения нагрузки на систему.
Все процессы, связанные с обработкой данных, как то: поддержка ввода, осуществляемого пользователем, формирование, оптимизация и выполнение запросов, обмен с устройствами внешней памяти и т.д., выполнялись на центральном компьютере, что предъявляло жесткие требования к его производительности. Особенности СУБД первого поколения напрямую связаны с архитектурой систем больших ЭВМ и мини-компьютеров и адекватно отражают все их преимущества и недостатки.
Появление персональных компьютеров (ПК) и локальных вычислительных сетей привело к разработке архитектуры клиент/сервер.
Качество СУБД определяется отнюдь не богатством интерфейсов с пользователем, не разнообразием средств поддержки разработок, а в первую очередь зависит от особенностей архитектуры сервера базы данных.
Рассмотрим модели технологии "клиент-сервер", определим место сервера БД в этих моделях.
"Клиент-сервер" - это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет свою роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжается информационно-вычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие же компьютеры имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь услугами первых.
Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им воспользоваться - клиентом.
Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет.
Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, назначение которого - обслуживать запросы клиентов, связанные с обработкой данных;
если ресурс - это файловая система, то говорят о файловом сервере, или файл-сервере, и т.д.
В сети один и тот же компьютер может выполнять роль как клиента, так и сервера. Например, в информационной системе, включающей персональные компьютеры, большую ЭВМ и мини-компьютер под управлением UNIX, последний может выступать как в качестве сервера базы данных, обслуживая запросы от клиентов - персональных компьютеров, так и в качестве клиента, направляя запросы большой ЭВМ.
Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть клиентами. Так, ядро реляционной SQL-ориентированной СУБД часто называют сервером базы данных, или SQL-сервером, а программу, обращающуюся к нему за услугами по обработке данных - SQL-клиентом.
Для более четкого представления об ее особенностях необходимо рассмотреть несколько моделей технологии "клиент-сервер".
Если предполагается, что проектируемая информационная система (ИС) будет иметь технологию "клиент-сервер", то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер. Иными словами, часть функций прикладной программы (или, проще, приложения) будет реализована в программе-клиенте, другая - в программе-сервере, причем для их взаимодействия будет определен некоторый протокол.
Основной принцип технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу.
- Первая группа - это функции ввода и отображения данных.
- Вторая группа объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (например, для банковской системы - открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т.д.).
- К третьей группе относятся фундаментальные функции хранения и управления информационными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т.д.).
- Функции четвертой группы - это служебные функции (играющие роль связок между функциями первых трех групп.
В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:
- · компонент представления, реализующий функции первой группы;
- · прикладной компонент, поддерживающий функции второй группы;
- · компонент доступа к информационным ресурсам, поддерживающий функции третьей групп, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).
Различия в реализациях технологии "клиент-сервер" определяются четырьмя факторами.
- Во-первых, тем, в какие виды программного обеспечения интегрированы каждый из этих компонентов.
- Во-вторых, тем, какие механизмы программного обеспечения используются для реализации функций всех трех групп.
- В-третьих, как логические компоненты распределяются между компьютерами в сети.
- В-четвертых, какие механизмы используются для связи компонентов между собой.
Выделяются четыре подхода, реализованные в моделях:
- модель файлового сервера(File Server - FS);
- модель доступа к удаленным данным(Remote Data Access - RDA);
- модель севера базы данных (DataBase Server - DBS);
- модель сервера приложений (Application Server - AS).
FS-модель является базовой для локальных сетей персональных компьютеров. Не так давно она была исключительно популярной среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPRO, Clipper, Clarion, Paradox и т.д. Суть модели проста. Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет услуги по обработке файлов другим компьютерам. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы (например, Novell NetWare) и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (то есть к файлам). На других компьютерах в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент (см. рис.). Протокол обмена представляет собой набор низкоуровневых вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.
FS-модель послужила фундаментом для расширения возможностей персональных СУБД в направлении поддержки многопользовательского режима. В таких системах на нескольких персональных компьютерах выполняется как прикладная программа, так и копия СУБД, а базы данных содержатся в разделяемых файлах, которые находятся на файловом сервере. Когда прикладная программа обращается к базе данных, СУБД направляет запрос на файловый сервер. В этом запросе указаны файлы, где находятся запрашиваемые данные. В ответ на запрос файловый сервер направляет по сети требуемый блок данных. СУБД, получив его, выполняет над данными действия, которые были декларированы в прикладной программе.
К технологическим недостаткам модели относят высокий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), узкий спектр операций манипуляции с данными ("данные - это файлы"), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т.д. Собственно, перечисленное не есть недостатки, но - следствие внутренне присущих FS-модели ограничений, определяемых ее характером. Недоразумения возникают, когда FS-модель используют не по назначению, например, пытаются интерпретировать как модель сервера базы данных. Место FS-модели в иерархии моделей "клиент-сервер" - это место модели файлового сервера, и ничего более. Именно поэтому обречены на провал попытки создания на основе FS-модели крупных корпоративных систем - попытки, которые предпринимались в недавнем прошлом и нередко предпринимаются сейчас.
