Архитектурные особенности проектирования и разработки веб-приложений. Хорошая клиент-серверная архитектура

Независимо от того, как определяется понятие архитектуры «клиент-сервер» (а таких определений в литературе много), в основе этого понятия лежит распределенная модель вычислений. В самом общем случае под клиентом и сервером понимаются два взаимодействующих процесса, из которых один является поставщиком некоторого сервиса для другого.

Термин «клиент-сервер» означает такую архитектуру программного комплекса, в которой его функциональные части взаимодействуют по схеме «запрос-ответ». Если рассмотреть две взаимодействующие части этого комплекса, то одна из них (клиент) выполняет активную функцию, т. е. инициирует запросы, а другая (сервер) пассивно на них отвечает. По мере развития системы роли могут меняться, например некоторый программный блок будет одновременно выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому.

Сервер — один или несколько многопользовательских процессоров с единым полем памяти, который в соответствии с потребностями пользователя обеспечивает им функции вычисления, коммуникации и доступа к базам данных. Сервер можно назвать программу, представляющая какие-то услуги другим программам. Примеры серверов - вебсервер Apache, серверы баз данных - MySQL, ORACLE, сетевые файловые системы и принтера Windows.

Клиент — рабочая станция для одного пользователя, обеспечивающая режим регистрации и др. необходимые на его рабочем месте функции вычисления, коммуникацию, доступ к базам данных и др. Клиентом можно назвать это программа, использующая услугу, представляемую программой сервера. Примеры клиентов - MSIE (MS Internet Explorer), клиент ICQ.

Часто люди клиентом или сервером просто называют компьютер, на котором работает какая-то из этих программ.

В сущности клиент и сервер - это роли, исполняемые программами. Клиенты и сервера физически могут находиться на одном компьютере. Одна и та же программа может быть и клиентом, и сервером одновременно, и т.д… это только роли.

Если проводить аналогию с обществом - банк или магазин - «сервера». Они представляют какие-то услуги своим клиентам. Но банк может в то же время быть клиентом какой-то другой фирмы и т. д…

Обработка Клиент — Сервер — среда, в которой обработка приложений распределена между клиентом и сервером. Нередко в обработке участвуют машины разных типов, причем клиент и сервер общаются между собой с помощью фиксированного множества стандартных протоколов обмена и процедур обращения к удаленным платформам.

СУБД с персональных ЭВМ (такие, как Clipper, DBase, FoxPro, Paradox, Clarion имеют сетевые версии, которые просто совместно используют файлы баз данных тех же форматов для ПК, осуществляя при этом сетевые блокировки для разграничения доступа к таблицам и записям. При этом вся работа осуществляется на ПК. Сервер используется просто как общий удаленный диск большой емкости. Такой способ работы приводит к риску потери данных при аппаратных сбоях.

По сравнению с такими системами системы, построенные в архитектуре Клиент — Сервер, имеют следующие преимущества:

позволяют увеличить размер и сложность программ, выполняемых на рабочей станции;


обеспечивает перенесение наиболее трудоемких опе-раций на сервер, являющийся машиной большей вычислительной мощности;


уменьшает до минимума возможность потери содержащейся в БД информации за счет применения имеющихся на сервере внутренних механизмов защиты данных, таких, как, например системы трассировки транзакций, откат после сбоя, средства обеспечения целостности данных;


в несколько раз уменьшает объем информации, передаваемый по сети.


В архитектуре «клиент-сервер» сервер базы данных не только обеспечивает доступ к общим данным, но и берет на себя всю обработку этих данных. Клиент посылает на сервер запросы на чтение или изменение данных, которые формулируются на языке SQL. Сервер сам выполняет все необходимые изменения или выборки, контролируя при этом целостность и согласованность данных, и результаты в виде набора записей или кода возврата посылает на компьютер клиента.


Она позволяет оптимальным образом распределить вычислительную нагрузку между клиентом и сервером, что также влияет на многие характеристики системы: стоимость, производительность, поддержку.


1.2. История…


Архитектура и термин «клиент-сервер» впервые использовались в начале 80-тых годов. Первые приложения с архитектурой «клиент-сервер» были базы данных.


До этого не было ясного разделения - программа обычно всё делала сама - в том числе работала с данными в файловой системе, представлением данных пользователю и др. Со временем рос объем и критичность данных для бизнеса, и это со временем начало породить проблемы (быстродействия, безопасности и другие).


Тогда придумали, что удобно поставить базу данных на мощном отдельном компьютере (сервере) и разрешить эту базу данных использовать многим пользователям малого компьютера (клиентам) через сеть, что и было сделано.


По существу «взрыв» популярности технологии «клиент-сервер» был вызван изобретением фирмой IBM простого языка запросов к реляционным базам данных SQL. Сегодня SQL всеобщий стандарт работы с базами данных. В последнее время этот «взрыв» продолжает изобретение Интернета, в котором буквально каждое взаимодействие происходит по архитектуре «клиент-сервер».


1.3. Протоколы


Сервер и клиент в сети между собой «разговаривает» на «языке» (в широком смысле слов), понятном обеим сторонам. Этот «язык» называют протоколом.


В случае банка, протоколом можно назвать бланки, которые заполняет клиент.


В нашем же случае, примеры протоколов:


FTP (File Transfer Protocol)


HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)


SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)


IP (Internet Protocol)


MySQL Client/Server Protocol


Заметим, что протоколы может быть разных уровней. Классификационные системы уровней может быть разные, но одна из самых известных линеек - OSI (Open Systems Interconnection), в котором 7 уровней.


Например, HTTP - протокол прикладного (седьмого - самого высокого) уровня, а IP - протокол сетевого (третьего) уровня.


1.4. Распределение функций в архитектуре «клиент-сервер»


В классической архитектуре клиент-сервер приходится распределять три основные части приложения по двум физическим модулям. Обычно ПО хранения данных располагается на сервере (например, сервере базы данных), интерфейс с пользователем — на стороне клиента, а вот обработку данных приходится распределять между клиентской и серверной частями. В этом-то и заключается основной недостаток двухуровневой архитектуры, из которого следуют несколько неприятных особенностей, сильно усложняющих разработку клиент-серверных систем.


Процесс разработки таких систем достаточно сложен и одной из наиболее важных задач является как раз решение о том, как функциональность приложения должна быть распределена между клиентской и серверной частью. Пытаясь решить эту задачу, разработчики получают двух-звенные, трехзвенные и многозвенные архитектуры. Все зависит от того, сколько промежуточных звеньев включается между клиентом и сервером.


Основная задача, которую решает клиентское приложение, - это обеспечение интерфейса с пользователем, т. е. ввод данных и представление результатов в удобном для пользователя виде, и управление сценариями работы приложения.


Основные функции серверной СУБД - обеспечение надежности, согласованности и защищенности данных, управление запросами клиентов, быстрая обработка SQL-запросов.


Вся логика работы приложения - прикладные задачи, бизнес-правила - в двух-звенной архитектуре распределяются разработчиком между двумя процессами: клиентом и сервером (рис. 1).


Сначала большая часть функций приложения решалась клиентом, сервер занимался только обработкой SQL-запросов. Такая архитектура получила название «толстый клиент - тонкий сервер».


Появление возможности создавать на сервере хранимые процедуры, т. е. откомпилированные программы с внутренней логикой работы, привело к тенденции переносить все большую часть функций на сервер. Сервер становился все более «толстым», а клиент - «утоньшался».


Такое решение имеет очевидные преимущества, например его легче поддерживать, т. к. все изменения нужно вносить только в одном месте - на сервере.


рассмотренные выше модели имеют следующие недостатки.


1. «Толстый» клиент:


– сложность администрирования;


– 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.


2. «Толстый» сервер:


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


– производительность программ, написанных на языках типа PL/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.


Для решения перечисленных проблем используются многоуровневые (три и более уровней) архитектуры клиент-сервер. многоуровневая архитектура клиент-сервер позволяет существенно упростить распределенные вычисления, делая их не только более надежными, но и более доступными.


Однако язык, на котором пишутся хранимые процедуры, не является достаточно мощным и гибким, чтобы на нем было удобно реализовывать сложную логику приложения.


Тогда возникла тенденция поручить выполнение прикладных задач и бизнес-правил отдельному компоненту приложения (или нескольким компонентам), которые могут работать как на специально выделенном компьютере - сервере приложений, так и на том же компьютере, где работает сервер базы данных. Так возникли трехзвенные и многозвенные архитектуры «клиент-сервер».





Рис. 1. Распределение функций между клиентом и сервером


Появилось специальное программное обеспечение (ПО) промежуточного слоя, которое должно обеспечить совместное функционирование множества компонентов такого многокомпонентного приложения. Такие приложения являются гибкими, масштабируемыми, но сложными в разработке.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой.–М.: Финансы и статистика, 1998.
   

   Евдокимов В.В. и др. Экономическая информатика. СПб.: Питер, 2004.
   

   Казаков С.И. Основы сетевых технологий – М.: Радио и связь, 2004.
   

   Когаловский М.Р., Технология баз данных на персональных ЭВМ, – М.: Финансы и статистика, 2003.
   

   Попов В.В. Основы компьютерных технологий. –М.: Финансы и статистика, 2001.
   

   Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М., 2000.
   

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MS-DOS . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КОМАНДЫ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ: БАЗА ДАННЫХ, СУБД, СУЩНОСТЬ, АТРИБУТ, СВЯЗЬ (ОДИН-К-ОДНОМУ, ОДИН-КО-МНОГИМ, МНОГИМ-КО-МНОГИМ), ОТНОШЕНИЕ, ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ

БД, работающие по технологии ФАЙЛ-СЕРВЕР;

БД, работающие по технологии КЛИЕНТ-СЕРВЕР.

Файл-сервер

- Обращение к БД (запрос)
- Перекачка данных с блокировкой доступа других пользователей
- Обработка данных на компьютере пользователя

Для наглядности рассмотрим конкретные примеры. Допустим, Вам необходимо просмотреть отправленные платежные поручения за период с 19 по 25 мая на сумму 5000 рублей. Пользователю необходимо будет запустить на своем компьютере клиентское приложение, работающее в БД с платежными поручениями, и ввести нужные критерии отбора. После чего на Ваш компьютер перекачается с сервера базы данных и загрузится в оперативную память файл, содержащий все документы данного вида за весь период на любые суммы. Запущенное на компьютере пользователя клиентское приложение, работающее с БД, само проведет обработку этой информации (отсортирует их), после чего выдаст ответ (на экране появится список платежных поручений, удовлетворяющих Вашим критериям). После этого Вы выберете нужное платежное поручение и попытаетесь отредактировать (изменить) в нем одно поле - например, дату. Во время редактирования происходит блокировка источника данных, то есть всего файла, содержащего этот документ. Это означает, что файл будет либо совсем не доступен остальным пользователям, либо доступен только в режиме просмотра. Причем подобного рода захват происходит даже не на уровне записи, то есть одного документа, а заблокированным является целый файл - то есть вся таблица, содержащая аналогичные документы. Только после полной обработки этого поля и выхода из режима редактирования данный файл платежных поручений будет разблокирован от захвата пользователем. Если же данные хранятся в более объемных объектах, например, в одном файле содержатся платежные поручения и о поступлении средств, и об отправке, то еще большая часть информации будет не доступна. Вы будете работать с одним полем "дата" в одном документе - остальные сотрудники предприятия будут ждать, пока Вы не закончите.

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.

Клиент-сервер

Обработка запроса одного пользователя:
- Обращение к БД (SQL-запрос)
- Передача ответа - результата обработки




При необходимости произвести обработку информации, хранящейся в БД, запущенное на компьютере пользователя клиентское приложение, работающее с БД, формирует запрос на языке SQL (название от начальных букв - Structured Query Language). 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:

Массивы данных не перекачиваются по сети от сервера БД на компьютер пользователя. Требования к пропускной способности сети понижаются. Это делает возможным одновременную работу большого числа пользователей с большими объемами данных.

Обработка данных осуществляется на сервере БД, а не в компьютере пользователей. Что позволяет использовать более простые, а значит, дешевые компьютеры на клиентских местах.

Блокировки (захвата) данных одним пользователем не происходит.

Обеспечивается доступ пользователя не к целому файлу, а только к тем данным из него, с которыми пользователь имеет право работать.

Рассмотрев отличие ФАЙЛ-СЕРВЕРА от КЛИЕНТ-СЕРВЕРА, можно завершить рассмотрение понятия "хранилище информации". Важно подчеркнуть, что от вида используемой СУБД во многом зависит работа корпоративной системы. Совершенно очевидно, что для крупных предприятий, с большим количеством пользователей, с огромным числом записей в БД, файл-серверная схема совершенно неприемлема. С другой стороны, отличия в базах данных есть и по другим параметрам и возможностям:

типам данных, которые могут храниться в БД (числа, даты, текст, рисунки, видео, звук и т.д);

по организуемым самой БД технологиям доступа к данным в базе и уровню защиты информации от несанкционированного доступа;

по предоставляемым средствам и методикам разработки, которые могут быть применены для проектирования какой-либо информационной системы на основе данной БД;

по предоставляемым средствам и методикам анализа информации (данных), которые могут быть применены в информационной системы на основе данной БД;

по надежности и устойчивости, то есть (грубо) количеству записей (заполненных полей) в БД, при которых обеспечивается надежная и бесперебойная возможность доступа, изменения, анализа информации в БД;

по быстродействию - времени, затраченному на доступ и обработку информации;

по возможности организации работы на компьютерах разных производителей, то есть по совместимости с другими платформами и операционными системами;

по уровню поддержки (сервиса), предоставляемого разработчиком базы данных или его авторизованным дилером;

по наличию хороших средств создания приложений, использующих данную базу данных и т.д.

Почему сегодня не выгодно вкладывать деньги в решение файл-сервер? Сегодня уже очевиден дальнейший путь развития баз данных. Появляются многоуровневые клиент-серверные системы, с очень тонкими клиентами, снимающие какие-либо ограничения с клиентских станций, как по производительности, так и по платформе, операционной системе. Если для решения клиент-сервер дальнейшее развитие видится совершенно ясно, и переход с клиент-сервера на многоуровневый клиент-сервер не является проблематичным, то для файл-сервера простой переход в клиент-сервер представляет огромную проблему и колоссальные трудозатраты, если это вдруг окажется возможным вообще.

Сразу оговорюсь, что я мобильный разработчик, а статья предназначается в основном разработчикам по ту сторону облака - мобильщики итак про все это знают. Последнее веб-приложение я писал много лет назад и могу ошибаться в веб-терминологии, не знать некоторых последних тенденций.NET-, PHP- или Java- веб-сервисов, так что не судите строго.

Как и любому front-end разработчику, мне почти в каждом проекте приходится сталкиваться с клиент-серверными протоколами – без них никак. И очень, крайне часто приходится работать с плохо продуманной архитектурой.

Также очень часто разработка протокола и архитектуры ложится на плечи веб-разработчика, что не всегда верно – она в большинстве случаев должна разрабатываться только совместно с теми, кто под эту архитектуру будет подстраиваться. К сожалению, работая за последние три года на нескольких десятках проектов, мне доводилось участвовать в планировании этого участка архитектуры только 3 или 4 раза – во всех остальных случаях она уже была предоставлена в разной степени готовности заказчиком. А ведь насколько мир мог бы быть лучше!

Обработка ошибок

HTTP code 200 (OK) false The username or password is incorrect. Please try again.
Т.е. результат обработки запроса содержится в самом отдаваемом XML, HTTP-код возврата – 200, т.е. нормально, данные представлены в виде обычного RPC. Например, похожим образом в 90% случаев реализуется обработка ошибок в протоколе SOAP.

В особо запущенных случаях, особенно характерных для индусского кода, false может находиться в различных местах XML, что существенно усложняет парсинг, ведёт к переусложнённым и безмерно радует скучающего программиста.

Но давайте рассмотрим недостатки данного подхода в принципе.

• Во-первых, приходится парсить XML. Это лишние данные, переданные по сети, лишнее процессорное время, затраченное на парсинг XML, лишняя оперативная память для хранения текстовых данных. Всё это не так страшно на современных девайсах в зоне Wi-fi, но даже такие излишества могут иметь значение в метро между станциями в приложении, посылающем одновременно десятки запросов (а ведь при таком подходе пустые блоки для обработки ошибок должны быть в каждом запросе, даже успешном).
• Во-вторых, веб-разработчику приходится самому выдумывать тексты ошибок. Очень часто они совершенно непонятны пользователю, т.к. точность формулировки – последнее, о чём думает веб-разработчик в момент написания сервиса. Текст ошибки в 90% случаев не согласовывается с native-спикерами и последнее, но самое важное – огромное количество мобильных приложений нуждается в локализации. В то время как текст ошибки, скорее всего, пишется всегда только по-английски, следовательно он абсолютно бесполезен для фронтэнд-программиста – он не может его просто взять и вывести.

А ведь время, нужное веб-программисту, чтобы выдумать текст сообщения, потрачено впустую, да ещё и канал загружен ненужной информацией.

Как решить проблему?

В протоколе HTTP уже много лет заложена возможность добавлять свои коды ошибок, для этого они просто должны принадлежать диапазону от 512 до 597. Такого количества ошибок, я уверен, хватит для покрытия всех возможных ошибок в приложении среднего размера. Очевидно, какие плюсы это даёт, но всё же подытожим:

1. Нет избыточности. Передаётся только HTTP код в хэдере, тела запроса просто нет.
2. На стороне клиента существуют только две ветки кода обработки запросов – успешное выполнение, либо ошибка при выполнении (оба колбэка уже имплементированы из коробки в любой библиотеке запросов). Нет веток “запрос выполнился успешно, но логическая ошибка может быть в теле ответа”.

5xx Server Error

The server failed to fulfill an apparently valid request.
Response status codes beginning with the digit «5» indicate cases in which the server is aware that it has encountered an error or is otherwise incapable of performing the request. Except when responding to a HEAD request, the server should include an entity containing an explanation of the error situation, and indicate whether it is a temporary or permanent condition. Likewise, user agents should display any included entity to the user. These response codes are applicable to any request method.

Т.е. клиенты должны показывать пользователю сообщение, переданное сервером. Сразу видно, что писали американцы. Русские, кстати, тупо перевели .

Хотя не будем обобщать – идею использовать HTTP коды мне подсказал как раз-таки американец несколько лет назад.

В общем, идеология такая - клиент всегда лучше знает, как сообщить об ошибке. А сервер должен проинформировать клиент об ошибке самым быстрым и малозатратным способом.

Привязка к сессии или cookie.

Такая привязка возникает, скорее всего, в том случае, если сначала создавался веб-сайт, и только потом заказчик решил сделать мобильный фронтэнд. Хотя работа с переменными сессии и возможна с мобильной стороны, это не является хорошей практикой, т.к. зачастую отсутствует нормальный инструментарий для работы с этими средствами.

Вторым, глобальным недостатком является то, что Safari (или любой браузер на Android) не шарят свои cookie и переменные сессии с приложением, что, конечно, правильно с точки зрения секьюрности, но приводит к ряду проблем и костылей.

Допустим, ваше мобильное приложение реализует только 70% функционала веб-сайта. Остальные 30% функционала доступны только в вебе, а ваше приложение лишь содержит ссылки на соответствующие веб-страницы.

Также, возможно, эти страницы доступны только для авторизированных пользователей. В итоге пользователю, который уже залогинился в мобильный клиент, будет предложено логиниться ещё раз – теперь уже в неудобную веб-форму, и счастьем будет если после логина пользователь будет перенаправен в искомый раздел сайта.

Вывод – если вы проектируете универсальный протокол, забудьте про такие вещи как переменные сессии и cookie. Намного лучшим способом будет передавать некий уникальный токен, полученный при авторизации, явно в теле каждого запроса. А веб-страницам и веб-приложениям – подстроиться под использование единого API. Я уверен, все мобильные разработчики часто видели две версии API – одно для веб-приложений, другое – для мобильных. А ведь это – дублирование функционала, которое всегда дороже как на этапе разработки, так и на этапе отладки. Лучше всегда с самого начала выделять веб-сервисы в отдельный слой системы, а не встраивать в другие, близкие к веб-технологиям, части.

Возврат HTML

Это уже ведёт корнями к устройству самих веб-серверов, которые изначально были заточены только под браузер. Ошибки 403, 404, а порой и более сложные очень часто отдаются в виде HTML-страницы, которую зачастую просто нет средств показать в мобильном приложении. Точнее, средства есть, но увидев “404 page not found” здоровенным черным Arial Black на белом фоне внутри веб-вью, мобильный пользователь испугается и закроет приложение.

Запомните, сервер на любое обращение к веб-сервисам должен отдавать XML (или JSON), и только в том формате, который был изначально оговорен. Мобильный разработчик не может сделать ничего путного с HTML, который приходит с сервера.

Используйте WSDL

На майкрософтовский технологиях ситуация еще ничего - большинство их современных технологий поддерживает WSDL из коробки. Чего не скажешь про PHP и Java - особенно PHP-разработчики очень любят создавать вручную обычные странички, которые по сути являются веб-сервисами. А ведь для того, чтобы интегрироваться с WSDL-совместимым веб-сервисом, мобильному разработчику достаточно использовать тулзу для генерации кода, в то время как составленные «вручную» ответы веб-сервисов тоже нужно парсить «руками».

Правда, и здесь есть тонкости - стандартные реализации WSDL от MS и Sun (Oracle) всё-таки имеют несовместимости, но все же быстрее подправить напильником эти несовместимости, чем писать все вручную.

Заключение

Я затронул только самые наболевшие ошибки проектирования, с которыми изо дня в день приходится сталкиваться мобильным разработчикам. Если статья будет востребованной, я обязательно напишу ещё о десятке клиент-серверных тонкостей, которые очень хотелось бы видеть в API веб-сервисов, с которыми работаешь каждый день.

Каждый человек, работавший с компьютером, слышал о технологии клиент-сервер. В основе этой технологии лежат два основных понятия: клиент и сервер. Клиент - компьютер, осуществляющий запрос к серверу на выполнение каких-либо действий или предоставление какой-либо информации. Сервер - компьютер, обычно более мощный, чем компьютер-клиент. Модель функционирования такой системы заключается в следующем: клиент делает запрос серверу, сервер (серверная часть) получает запрос, выполняет его и отсылает результат клиенту (клиентская часть).

Сервер может обслуживать нескольких клиентов одновременно. В этом случае говорят о многопользовательском режиме. Только не стоит понимать слово "одновременно" в буквальном смысле. Запросы выполняются сервером последовательно. Если одновременно приходит более одного запроса, то запросы устанавливаются в очередь. В данном случае очередь - это список невыполненных клиентских запросов. Иногда запросы могут иметь приоритеты. Приоритет - это уровень "важности" выполнения запроса. Запросы с более высокими приоритетами должны выполняться раньше.

Существует маленькое исключение по поводу последовательной обработки. Операционная система Windows является многозадачной и многопоточной. Многозадачность - это свойство операционной системы исполнять несколько пользовательских приложений (программ).

Это означает, что на сервере может быть запущено несколько задач, каждая из которых может исполнять свой отдельный запрос. Многопоточность дает возможность исполнять несколько запросов в пределах одной задачи. Что это дает? - Происходит увеличение производительности сервера.

Цикл выполнения запроса состоит из пересылки запроса и ответа между клиентом и сервером и непосредственным выполнением этого запроса на сервере.

Как правило, выполнение запроса (сложного запроса) происходит дольше, чем время, затрачиваемое на пересылку запроса и результата. Поэтому в серверах применяются системы распределения транзакций (запросов) между доменами (частями) сервера. Транзакция - это набор команд, которые либо выполняются все или не выполняется ни одна. Домен - это элемент сервера. Нередко сервер на физическом уровне представляет собой не один, а группу компьютеров, объединенных в одну систему для обеспечения каких-либо операций. В этом случае домен - это компьютер, входящий в архитектуру сервера.

Существует концепции построения системы клиент-сервер:

1) Слабый клиент - мощный сервер - вся обработка информации осуществляется целиком сервером. Сервер посылает готовый результат, не требующий дополнительной обработки. Клиент только ведет диалог с пользователем: составляет запрос, отсылает запрос, принимает запрос и выводит информацию на экран (на принтер, в файл).

2) Сильный клиент - часть обработки информации перепоручается клиенту.

Простой пример: пользователю требуется список сотрудников фирмы, отсортированный по фамилиям. В первом случае, сервер по клиентскому запросу извлекает фамилии (например, из базы данных) и сортирует их сам. Готовый отсортированный список отсылается клиенту. Клиенту необходимо только осуществить вывод на экран. Во втором случае, сервер только извлекает фамилии и отсылает данные клиенту. Клиент сортирует список и выводит его на экран.

Но это далеко не все. Допустим, пользователь захотел отсортировать полученный список по уровню зарплаты. В первом случае клиент формирует новый запрос к серверу, сервер его выполняет и посылает готовый ответ клиенту, который только выводит его на экран. Во втором случае клиент сортирует список сам без обращения к серверу. Естественно, во втором случае сервер будет менее загружен.

Существует еще одно важное понятие "время ожидания". "Время ожидания" - это время, через которое пользователь, послав запрос серверу, получит от него ответ. Время ожидания наиболее важный показатель производительности системы, реализующей концепцию клиент-сервер.

При частичной обработке данных на клиенте "время ожидания" меньше. Меньше оно за счет упрощения запроса и времени его выполнения. Отсюда меньше ожидание в очереди для исполнения запроса.

Безусловно, что время конечной обработки на клиенте может быть немного выше за счет разности в производительности сервера. Отсюда может несколько возрастать время ожидания. В конечном счете, это все равно выгоднее, т.к. время ожидания в очереди запросов на сервере меньше.

Многие серверы не выдерживают нагрузки ("напора" запросов) и просто "подвисают". В таком случае есть два альтернативных способа: увеличение производительности и перенос части операций над данными на клиента. Как правило, увеличение производительности значительно более дорогостоящая операция, и тоже, в своем смысле, конечная. Остается только "разгрузка" сервера и перенос части обработки данных на клиента.

P.S. Нередко в ряде организаций в качестве сервера сознательно используют устаревшие компьютеры. На них хорошо размещать файловые хранилища, принт-серверы (к нему подключается офисный принтер), WEB-серверы (Интернет-серверы), небольшие базы данных (серверную часть). Это оправдано с экономической точки зрения.

Применение самых мощных компьютеров в качестве серверов целесообразно в банковской сфере, т.к. объем платежей неизменно возрастает. Соответственно, возрастает необходимый объем вычислительных ресурсов. Здесь оправдана "борьба" за единицы процентов увеличения производительности.

Сергей СОКОЛОВ (БГУИР)

Технология клиент-сервер предусматривает наличие двух самостоятельных взаимодействующих процессов - сервера и клиента, связь между которыми осуществляется по сети.

Серверами называются процессы, отвечающие за поддержку и файловой системы, а клиентами - процессы, которые посылают запрос и ожидают ответ от сервера.

Модель клиент-сервер используется при построении системы на основе СУБД, а также почтовые системы. Существует еще так называемая файл-серверная архитектура, которая существенно отличается от клиент-серверной.

Данные в файл-серверной системе сохраняются на файловом сервере (Novell NetWare или WindowsNT Server), а обрабатываются они на рабочих станциях посредством функционирования "настольных СУБД", таких как Access, Paradox, FoxPro и т.п.

СУБД располагается на рабочей станции, а манипулирование данными производится несколькими независимыми и несогласованными между собой процессами. Все данные при этом передаются с сервера по сети на рабочую станцию, что замедляет скорость обработки информации.

Технология клиент-сервер реализована функционированием двух (как минимум) приложений - клиентов и сервера, которые делят функции между собой. За хранение и непосредственное манипулирование данных отвечает сервер, примером которого может быть SQLServer, Oracle, Sybase и другие.

Пользовательский интерфейс формирует клиент, в основе построения которого используются специальные инструменты или настольные СУБД. Логическая обработка данных выполняется частично на клиенте, и частично на сервере. Посылка запросов на сервер выполняется клиентом, обычно на языке SQL. Полученные запросы обрабатываются сервером, и клиенту (клиентам) возвращается результат.

При этом данные обрабатываются там же, где они хранятся - на сервере, поэтому большой объем их не передается по сети.

Преимущества архитектуры клиент-сервер

Технология клиент-сервер привносит в информационную систему такие качества:

• Надежность

Модификация данных осуществляется сервером баз данных при помощи механизма транзакций, придающего совокупности операций такие свойства, как: 1) атомарность, которая обеспечивает целостность данных при любом завершении транзакции; 2) независимость транзакций разных пользователей; 3) устойчивость к сбоям - сохранение результатов завершения транзакции.

• Масштабируемость, т.е. способность системы не зависеть от количества пользователей и объемов информации без замены используемого программного обеспечения.

Технология клиент-сервер поддерживает тысячи пользователей и гигабайты информации при соответствующей аппаратной платформе.

• Безопасность, т.е. надежная защита информации от
• Гибкость. В приложениях, работающих с данными, выделяют логических слои: пользовательский интерфейс; правила логической обработки; управление данными.

Как уже было отмечено, в файл-серверной технологии все три слоя объединяются в одно монолитное приложение, функционирующее на рабочей станции, а все изменения в слоях обязательно приводят к модификации приложения, различаются версии клиента и сервера, и требуется проводить обновление версий на всех рабочих станциях.

Технология клиент-сервер в двухуровневом приложении предусматривает выполнение всех функций по формированию на клиенте, а всех функций по управлению информацией баз данных - на сервере, бизнес-правила возможно реализовывать как на сервере, так и на клиенте.

Трехуровневое приложение допускает промежуточный уровень, который реализует бизнес-правила, являющиеся наиболее изменяемыми компонентами.

Несколько уровней позволяют гибко и с наименьшими затратами адаптировать имеющееся приложение к постоянно модифицируемым требованиям бизнеса.