Архитектуры "файл-сервер" и "клиент-сервер"
Базы данных на персональных компьютерах развивались по направлению от настольных (desktop), или локальных приложений, когда реально с БД могло работать одно приложение, до систем коллективного доступа к БД.
Локальное приложение устанавливалось на единичном персональном компьютере; там же располагалась и БД, с которой работало данное приложение. Однако необходимость коллективной работы с одной и той же БД повлекла за собой перенос БД на сетевой сервер. Приложение, работающее с БД, располагалось также на сервере. Менее характерным был другой способ, заключавшийся в хранении приложения, обращавшегося к БД, на конкретном компьютере пользователей ("клиентов"). Были выпущены новые версии локальных СУБД, которые позволяли создавать приложения, одновременно работающие с одной БД на файловом сервере. Основной проблемой была явная или неявная обработка транзакций и неизбежно встающая при коллективном доступе проблема обеспечения смысловой и ссылочной целостности БД при одновременном изменении одних и тех же данных.
В ходе эксплуатации таких систем были выявлены общие недостатки файл-серверного подхода при обеспечении многопользовательского доступа к БД. Они состоят в следующем:
• вся тяжесть вычислительной нагрузки при доступе к БД ложится на приложение клиента, что является следствием принципа обработки информации в системах "файл-сервер": при выдаче запроса на выборку информации из таблицы вся таблица БД копируется на клиентское место, и выборка осуществляется на клиентском месте;
• локальные СУБД используют так называемый "навигационный подход", ориентированный на работу с отдельными записями; не оптимально расходуются ресурсы клиентского компьютера и сети;
например, если в результате запроса мы должны получить 2 записи из таблицы объемом 10 000 записей, все 10 000 записей будут скопированы с файл-сервера на клиентский компьютер; в результате возрастает сетевой трафик и увеличиваются требования к аппаратным мощностям пользовательского компьютера. Заметим, что потребности в постоянном увеличении вычислительных мощностей клиентского компьютера обусловливаются не только развитием программного обеспечения как такового, но и возрастанием обрабатываемых объемов информации;
• 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 или dBase); подобная возможность облегчается тем обстоятельством, что, фактически, у локальных СУБД база данных понятие более логическое, чем физическое, поскольку под БД понимается набор отдельных таблиц, сосуществующих в едином 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;
• бизнес-правила в системах "файл-сервер" реализуются в приложении, что позволяет в разных приложениях, работающих с одной БД, проектировать взаимоисключающие бизнес-правила; смысловая целостность информации при этом может нарушаться;
• недостаточно развитый аппарат транзакций для локальных СУБД служит потенциальным источником ошибок как с точки зрения одновременного внесения изменений в одну и ту же запись, так и с точки зрения отката результатов серии объединенных по смыслу в единое целое операций над БД, когда некоторые из них завершились успешно, а некоторые - нет; это может нарушать ссылочную и смысловую целостность БД.
Приведенные недостатки решаются при переводе приложений из архитектуры "файл-сервер " в архитектуру "клиент-сервер ", которая знаменует собой следующий этап в развитии СУБД. Характерной особенностью архитектуры "клиент-сервер" является перенос вычислительной нагрузки на сервер БД (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 БД из приложений не происходит. Функции прямого обращения к БД осуществляет специальная управляющая программа - сервер БД (SQL-сервер), поставляемая разработчиком СУБД.
Взаимодействие сервера БД и приложения-клиента происходит следующим образом: клиент формирует SQL-запрос и отсылает его серверу. Сервер, приняв запрос, выполняет его и результат возвращает клиенту. В клиентском приложении в основном осуществляется интерпретация полученных от сервера данных, реализация интерфейса с пользователем и ввод данных, а также реализация части бизнес-правил.
Преимущества архитектуры "клиент-сервер":
• большинство вычислительных процессов происходит на сервере; таким образом снижаются требования к вычислительным мощностям компьютера клиента;
• снижается сетевой график за счет посылки сервером клиенту только тех данных, которые он запрашивал; например, если необходимо сделать из таблицы объемом 10 000 записей выборку, результатом которой будут всего 2 записи, сервер выполнит запрос и перешлет клиенту НД из 2 записей;
• упрощается наращивание вычислительных мощностей в условиях развития программного обеспечения и возрастания объемов обрабатываемых данных: проще и чаще дешевле усилить мощности на сетевом сервере или полностью заменить сервер на более мощный, нежели наращивать мощности или полностью заменять 100-500 клиентских компьютеров;
• БД на сервере представляет собой, как правило, единый файл, в котором содержатся таблицы БД, ограничения целостности и другие компоненты БД. Взломать такую БД, даже при наличии умысла, тяжело; значительно увеличивается защищенность БД от ввода неправильных значений, поскольку сервер БД проводит автоматическую проверку соответствия вводимых значений наложенным ограничениям и автоматически выполняет необходимые бизнес-правила; кроме того, сервер отслеживает уровни доступа для каждого пользователя и блокирует осуществление попыток выполнения неразрешенных для пользователя действий, например, изменения или просмотр таблиц; все это позволяет говорить о значительно более высоком уровне обеспечения безопасности БД и ссылочной и смысловой целостности информации;
• сервер реализует управление транзакциями и предотвращает попытки одновременного изменения одних и тех же данных; различные уровни изоляции транзакций позволяют определить поведение сервера при возникновении ситуаций одновременного изменения данных;
• безопасность системы возрастает за счет переноса большей части бизнес-правил на сервер; падает удельный вес противоречащих друг другу бизнес-правил в клиентских приложениях, выполняющих разные действия над БД; определить такие противоречивые бизнес-правила в приложениях клиента все еще можно, однако намного труднее их выполнить ввиду автоматического отслеживания сервером БД правильности данных.
Для реализации архитектуры применяют так называемые "промышленные" ("удаленные") СУБД, такие как Borland InterBase, Oracle, Informix, Sybase, DB2, MS SQL Server.
В дальнейшем реализация архитектуры "клиент-сервер" будет рассматриваться для сервера Borland InterBase. Объяснить такой выбор нетрудно. Во-первых, InterBase - "родной" сервер для Delphi (поэтому для доступа к нему не нужно устанавливать дополнительных драйверов SQL Links, что необходимо при работе из приложений, написанных на Delphi, с Oracle, Sybase и другими СУБД). Во-вторых, в поставку Delphi входит локальный (однопользовательский, на 2 одновременных подключения) сервер Local Borland InterBase. Доступен также и InterBase для Windows 95 на 4 пользователя.
Локальный InterBase может использоваться для отладочных целей. После того, как приложение отлажено на локальной версии SQL-сервера, происходит масштабирование приложения (upsizing}. БД переносится на сетевой сервер, а изменения в клиентских приложениях при этом минимальны - необходимо изменить псевдоним БД и, может быть, скорректировать некоторые параметры соединения приложения с сервером.
При переносе приложений, ранее разработанных для применения в архитектуре "файл-сервер", требуется не только частично или полностью переписывать приложения клиентов, но и преобразовывать локальную БД в серверную. Для этого под управлением серверной СУБД (например, InterBase) создают БД на сервере, куда затем "перекачивают" данные из локальных СУБД, реализованных, например, с помощью Paradox. Основная проблема, встающая в этом случае - несовместимость некоторых форматов данных или их отсутствие. Например, InterBase не поддерживает поля типа Boolean (Logical), и их необходимо реализовывать при помощи столбцов типа CHAR(l); InterBase не поддерживает автоинкрементные поля Paradox - для обеспечения уникальности значений в числовых полях в БД InterBase используют генераторы и т.д. При возникновении подобных проблем следует изучить вопросы совместимости типов данных локальной СУБД и выбранной серверной СУБД.
