Различные архитектурные решения, используемые при реализации многопользовательских субд. краткий обзор субд. Клиент-серверное приложение на потоковом сокете TCP

В этом примере мы разработаем простой сервер и простую клиентскую программу, ведущих между собой "неспешный" диалог. Клиента построим по технике Windows Forms , а сервер - Windows Service . Сервер будет иметь набор готовых маркированных ответов, ждать маркированных запросов клиентов и отвечать им соответствующими сообщениями. Это настроит нас на создание еще более сложной системы - просмотру дистанционных рисунков из БД, которой мы займемся позже.

Создание клиента

Начнем с клиентской программы, которая может запускаться во многих экземплярах ("http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/system.net.sockets.tcplistener.accepttcpclient.aspx ")

Остальные нужные настройки элементов формы добавим программно.

using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Text; using System.Windows.Forms; // Дополнительные пространства имен using System.IO; using System.Net; using System.Net.Sockets; using System.Threading; namespace SimpleClient { public partial class Form1: Form { int port = 12000; String hostName = "127.0.0.1";// local TcpClient client = null;// Ссылка на клиента public Form1() { InitializeComponent(); // Выделить первый элемент списка listBox.SelectedIndex = 0; listBox.Focus(); // Контекстное меню для очистки TextBox ContextMenuStrip contextMenu = new ContextMenuStrip(); textBox.ContextMenuStrip = contextMenu; ToolStripMenuItem item = new ToolStripMenuItem("Очистить"); contextMenu.Items.Add(item); item.MouseDown += new MouseEventHandler(item_MouseDown); } // Отослать запрос и получить ответ private void btnSubmit_Click(object sender, EventArgs e) { if (listBox.SelectedIndices.Count == 0) { MessageBox.Show("Выделите сообщение"); return; } try { // Создаем клиента, соединенного с сервером client = new TcpClient(hostName, port); // Сами задаем размеры буферов обмена (Необязательно!) client.SendBufferSize = client.ReceiveBufferSize = 1024; } catch { MessageBox.Show("Сервер не готов!"); return; } // Записываем запрос в протокол AddString("Клиент: " + listBox.SelectedItem.ToString()); // Создаем потоки NetworkStream, соединенные с сервером NetworkStream streamIn = client.GetStream(); NetworkStream streamOut = client.GetStream(); StreamReader readerStream = new StreamReader(streamIn); StreamWriter writerStream = new StreamWriter(streamOut); // Отсылаем запрос серверу writerStream.WriteLine(listBox.SelectedItem.ToString()); writerStream.Flush(); // Читаем ответ String receiverData = readerStream.ReadLine(); // Записываем ответ в протокол AddString("Сервер: " + receiverData); // Закрываем соединение и потоки, порядок неважен client.Close(); writerStream.Close(); readerStream.Close(); } // Добавление строки, когда TextBox включен в режиме Multiline private void AddString(String line) { StringBuilder sb = new StringBuilder(textBox.Text); StringWriter sw = new StringWriter(sb); sw.WriteLine(line); textBox.Text = sw.ToString(); } // Очистка списка через контекстное меню void item_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e) { textBox.Clear(); listBox.Focus(); } } }

Получив соединение с сервером, мы создаем два потока NetworkStream и упаковываем их в оболочки, удобные для управления чтением/записью. Обмен с сервером отображаем в протоколе TextBox . Для очистки протокола динамически создали контекстное меню.

Класс TcpClient , который мы использовали в коде, является высокоуровневой (и упрощенной) оболочкой сокета (класса Socket ). Если потребуется более низкоуровневое управление сокетом (более детальное), то ссылка на него хранится в свойстве TcpClient.Client . Но поскольку это свойство защищенное (protected ), то доступ к нему возможен только из производного от TcpClient класса.

Если сейчас запустить приложение SimpleClient , то оно будет работать, но при попытке что-то отослать на сервер, будет выдаваться сообщение, что сервер не готов. Сервера-то еще пока вообще нет, создадим его.

Создание сервера

Серверную программу сделаем резидентной по шаблону Windows Service , как мы это делали в предыдущем примере, хотя можно сделать и с интерфейсом, главное, чтобы он был запущен в единственном экземпляре на локальном компьютере. Если программа-сервер включена в глобальную сеть, то с используемым IP и портом она должна быть единственной в этой сети. Поэтому на использование сетевого IP для глобальной сети нужно получать разрешение.

using System; using System.ComponentModel; using System.Configuration.Install; using System.ServiceProcess; namespace SimpleServer { // Во время установки сборки следует вызвать установщик public partial class Installer1: Installer { private ServiceInstaller serviceInstaller; private ServiceProcessInstaller serviceProcessInstaller; public Installer1() { // Создаем настройки для Службы serviceInstaller = new ServiceInstaller(); serviceProcessInstaller = new ServiceProcessInstaller(); // Имя Службы для машины и пользователя serviceInstaller.ServiceName = "SimpleServerServiceName"; serviceInstaller.DisplayName = "SimpleServer"; serviceInstaller.StartType = ServiceStartMode.Manual;// Запуск вручную // Как будет запускаться Служба this.serviceProcessInstaller.Account = ServiceAccount.LocalService; this.serviceProcessInstaller.Password = null; this.serviceProcessInstaller.Username = null; // Добавляем настройки в коллекцию текущего объекта this.Installers.AddRange(new Installer { serviceInstaller, serviceProcessInstaller }); } } }

using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; // Дополнительные пространства имен using System.IO; using System.Net; using System.Net.Sockets; using System.Threading; using System.ServiceProcess; using System.Collections; namespace SimpleServer { class Service1: ServiceBase { TcpListener server = null;// Ссылка на сервер int port = 12000; String hostName = "127.0.0.1";// local IPAddress localAddr; String answers = { "1. Ты кто?", "2. Привет, Лелик!", "3. Лучше всех!", "4. Конечно, на полную катушку", "5. До вечера!" }; // Конструктор public Service1() { localAddr = IPAddress.Parse(hostName);// Конвертируем в другой формат Thread thread = new Thread(ExecuteLoop); thread.IsBackground = true; thread.Start(); } private void ExecuteLoop() { try { server = new TcpListener(localAddr, port);// Создаем сервер-слушатель server.Start();// Запускаем сервер String data; // Бесконечный цикл прослушивания клиентов while (true) { if (!server.Pending())// Очередь запросов пуста continue; TcpClient client = server.AcceptTcpClient();// Текущий клиент // Сами задаем размеры буферов обмена (Необязательно!) // По умолчанию оба буфера установлены размером по 8192 байта client.SendBufferSize = client.ReceiveBufferSize = 1024; // Подключаем NetworkStream и погружаем для удобства в оболочки NetworkStream streamIn = client.GetStream(); NetworkStream streamOut = client.GetStream(); StreamReader readerStream = new StreamReader(streamIn); StreamWriter writerStream = new StreamWriter(streamOut); // Читаем запрос data = readerStream.ReadLine(); // Отправляем ответ int index; if (int.TryParse(data.Substring(0, data.IndexOf(".")), out index)) data = answers; else data = data.ToUpper(); writerStream.WriteLine(data); writerStream.Flush(); // Закрываем соединение и потоки, порядок неважен client.Close(); readerStream.Close(); writerStream.Close(); } } catch (SocketException) { } finally { // Останавливаем сервер server.Stop(); } } } }

Чтобы передать данные и получить ответ, клиентское приложение создает двунаправленный сокет (или два однонаправленных), в котором указывает адрес соединения с сокетом другого, серверного, приложения. Если соединение установлено (сервер работает), то клиентское приложение подключает к сокету сетевой поток NetworkStream и через него выполняет передачу и прием данных.

На другой стороне соединения сервер TcpListener в бесконечном цикле прослушивает очередь соединений с клиентами. Если какой-то клиент с ним соединился (server.Pending()!=false ), то сервер извлекает этого клиента методом AcceptTcpClient() - создает сокет для приема/передачи с готовым обратным адресом, создает двунаправленный поток (или два однонаправленных), затем читает запрос и передает ответ.

Обратите внимание, что если код работы нашей серверной программы не упаковать в отдельную нить Thread (поток выполнения), то в окне служб эта программа операционной системой запускаться не будет (попробуйте!). Причина в том, что в коде метода ExecuteLoop() в сервере используется бесконечный цикл прослушивания очереди запросов клиентов. Если этот цикл оставить в основном потоке выполнения (Thread ) приложения, то оно просто зациклится и не сможет само нормально завершиться. Поэтому код с циклом мы помещаем в отдельный поток (трэд) и делаем его фоновым, чтобы он закрывался вместе с основным потоком приложения (трэдом сервера).

Важное замечание

Поток NetworkStream является двухсторонним фиксированной длины. Методом GetStream() он только устанавливает адресное соединение между сокетами клиента и сервера. Но реальная его длина определяется сообщением отправляющей стороны. Можно для приема/передачи использовать один поток, но тогда длина сообщения, отправляемого сервером, не должна превышать длину сообщения, принятого им от клиента (чуть глаза не отсидел!). Поэтому мы и используем на каждой стороне два потока для раздельной однонаправленной передачи между двумя узлами сетевого соединения.

Пример 3. Клиент-серверное приложение просмотра рисунков из БД

На предыдущем простом примере мы познакомились (чуть-чуть) с пронципами создания сетевых приложений. А теперь построим более сложный пример, когда клиент запрашивает рисунки, а сервер извлекает их из хранилища и посылает клиенту. В Упражнении 7 нами было разработано три разных хранилища рисунков и три программы просмотра. В данном примере воспользуемся БД Pictures.my2.mdb с готовыми рисунками и на ее основе создадим сетевое приложение (для тех, кто не делал Упражнение 7 , БД прилагается в каталоге Source/Data ).

Построение клиента

Для клиента построим оконное приложение типа WPF с пользовательским интерфейсом, частично заимствованным из Примера 6 Упражнения 7 .

Сервер не готов, ждите! Мы пытаемся связаться, извините за неудобства...

Для вывода заставки с текстом о неготовности сервера мы применили элемент Viewbox , в который поместили еще один элемент Border с текстовым содержимым. Такой "огород" позволит увеличивать заставку пропорционально размеру окна. Однако введение элемента Viewbox начинает заметно притормаживать перерисовку интерфейса при перемещениях окна, потому что он пытается постоянно пересчитывать масштабы своих дочерних элементов. Имена мы присвоили только тем интерфейсным элементам, которыми собираемся управлять в процедурном коде.

using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.Windows; using System.Windows.Controls; using System.Windows.Data; using System.Windows.Documents; using System.Windows.Input; using System.Windows.Media; using System.Windows.Media.Animation; using System.Windows.Media.Imaging; using System.Windows.Shapes; // Дополнительные пространства имен для Stream using System.IO; using IO = System.IO; // Псевдоним для адресации Path using System.Windows.Threading; // Для DispatcherTimer // Дополнительные пространства имен для Socket //using System.Net; using System.Net.Sockets; using System.Collections; // List namespace PicturesClientDB { public partial class Window1: Window { int port = 12000; String hostName = "127.0.0.1"; // local TcpClient client = null; // Ссылка на клиента String sendMessage = "!!!GetNames!!!"; // Запрос на список (позаковыристей) Char separator = { "#" }; // Для преобразования ответа в массив имен DispatcherTimer timer; // Таймер // Конструктор public Window1() { InitializeComponent(); // Создаем и запускаем таймер timer = new DispatcherTimer(); timer.Tick += new EventHandler(timer_Tick); timer.Interval = TimeSpan.FromSeconds(1); timer.Start(); } // Инициирует обращение к серверу void timer_Tick(object sender, EventArgs e) { Execute(listBox); } private void listBox_SelectionChanged(object sender, SelectionChangedEventArgs e) { Execute((ListBox)sender); } void Execute(ListBox lst) { // Заполняем список именами рисунков try { // Если сервер доступен, создаем клиента client = new TcpClient(hostName, port); } catch { // Сервер не готов, запускаем таймер и выходим if (Prompt.Visibility != Visibility.Visible) { Prompt.Visibility = Visibility.Visible; timer.Start(); } return; } switch (sendMessage) { case "!!!GetNames!!!": // Получаем и привязываем имена рисунков к списку lst.ItemsSource = GetNames(); // Выделяем первый элемент списка, чтобы вызвать SelectionChanged lst.SelectedIndex = 0; lst.Focus(); sendMessage = ""; break; default: // Скрываем сообщение и останавливаем таймер if (Prompt.Visibility == Visibility.Visible) { Prompt.Visibility = Visibility.Hidden; timer.Stop(); } // Получаем рисунок и отображаем пользователю кистью String name = lst.SelectedValue.ToString(); BitmapImage bi = new BitmapImage(); bi.BeginInit(); // Получаем от сервера рисунок и обертываем его в поток памяти bi.StreamSource = new MemoryStream(GetPicture(name)); bi.EndInit(); Pictures.picture.ImageSource = bi;// Передаем рисунок фону Border break; } } private String GetNames() { String names; // Создаем потоки сетевых соединений StreamReader readerStream = new StreamReader(client.GetStream()); StreamWriter writerStream = new StreamWriter(client.GetStream()); // Отсылаем запрос серверу writerStream.WriteLine(sendMessage); writerStream.Flush(); // Читаем ответ String receiverData = readerStream.ReadLine(); names = receiverData.Split(separator);// Преобразуем в строковый массив // Закрываем соединение и потоки, порядок неважен client.Close(); writerStream.Close(); readerStream.Close(); return names; } Byte GetPicture(String name) { // Создаем потоки сетевых соединений NetworkStream readerStream = client.GetStream(); StreamWriter writerStream = new StreamWriter(client.GetStream()); // Отсылаем запрос серверу writerStream.WriteLine(name); writerStream.Flush(); // Читаем ответ // ReceiveBufferSize - размер буфера для входящих данных // SendBufferSize - размер буфера для исходящих данных List list = new List(client.ReceiveBufferSize);// С приращением capacity Byte bytes = new Byte; // Размер буфера сокета int count = 0; // Порции входящих данных while ((count = readerStream.Read(bytes, 0, bytes.Length)) != 0) for (int i = 0; i < count; i++) list.Add(bytes[i]); // Преобразуем в массив результата bytes = new Byte; list.CopyTo(bytes); // Закрываем соединение и потоки, порядок неважен client.Close(); writerStream.Close(); readerStream.Close(); return bytes; } } // Для привязки к ресурсу class Pictures { // Поле public static ImageBrush picture = new ImageBrush(); static Pictures() { // Дежурный рисунок заставки picture.ImageSource = new BitmapImage(new Uri(@"flower2.jpg", UriKind.Relative)); picture.Stretch = Stretch.Fill; picture.Opacity = 1.0D; } // Привязываемое в интерфейсе свойство public static ImageBrush Picture { get { return picture; } } } }

Обратите внимание, что при отображении рисунков мы отказались от традиционного элемента Image , как это делали в предыдущем упражнении. А для разнообразия поступили совершенно нетрадиционно (по турецки). Теперь мы рисунки будем отображать кистью ImageBrush в фоне прямоугольника Border через привязанный к нему объект Pictures . Конечно, в жизни так извращаться вряд ли придется, но и такой вариант где-нибудь может пригодиться.

Заставка появится сразу же, как будет обнаружен факт отсутствия или остановки сервера. А после обнаружения сервера заставка исчезнет. Этот механизм немедленно сработает благодаря используемому нами системному таймеру . Однако, сервера пока еще совсем нет и следует его изготовить.

Построение сервера БД как службу

• Командой File/Add/New Project добавьте к решению NetworkStream новый проект с именем PicturesServerDB типа Windows Service

using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Diagnostics; using System.ServiceProcess; using System.Text; // Дополнительные пространства имен для ADO.NET using System.Data.OleDb; using System.Data.Common; // Дополнительные пространства имен using System.IO; using System.Net; using System.Net.Sockets; using System.Threading; using System.Collections; namespace PicturesServerDB { public partial class Service1: ServiceBase { int port = 12000; String hostName = "127.0.0.1"; // local IPAddress localAddr; TcpListener server = null; // Ссылка на сервер String separator = "#"; // Разделитель имен в строке ответа String connectionString; // Строка соединения с БД public Service1() { // Извлекаем в поле строку соединения с БД из файла App.config connectionString = System.Configuration.ConfigurationManager. ConnectionStrings["PicturesDB"].ConnectionString; // Конвертируем IP в другой формат localAddr = IPAddress.Parse(hostName); // Запускаем в новом потоке (ните) Thread thread = new Thread(ExecuteLoop); thread.IsBackground = true; thread.Start(); } private void ExecuteLoop() { try { server = new TcpListener(localAddr, port);// Создаем сервер-слушатель server.Start();// Запускаем сервер // Бесконечный цикл прослушивания клиентов while (true) { // Проверяем очередь соединений if (!server.Pending())// Очередь запросов пуста continue; TcpClient client = server.AcceptTcpClient();// Текущий клиент // Создаем потоки сетевых соединений StreamReader readerStream = new StreamReader(client.GetStream()); NetworkStream streamOut = client.GetStream(); StreamWriter writerStream = new StreamWriter(streamOut); // Читаем команду клиента String receiverData = readerStream.ReadLine(); // Распознаем и исполняем switch (receiverData) { case "!!!GetNames!!!":// Посылаем имена, разделенные сепаратором String names = GetNames(); writerStream.WriteLine(names); // Используем через оболочку writerStream.Flush(); break; default:// Посылаем рисунок Byte bytes = GetPicture(receiverData); streamOut.Write(bytes, 0, bytes.Length);// Используем напрямую streamOut.Flush(); break; } // Закрываем соединение и потоки, порядок неважен client.Close(); readerStream.Close(); writerStream.Close(); } } finally { // Останавливаем сервер server.Stop(); } } // Извлечение из БД имен рисунков и упаковка их в одну строку для пересылки клиенту string GetNames() { // Создаем и настраиваем инфраструктуру ADO.NET OleDbConnection conn = new OleDbConnection(connectionString); OleDbCommand cmd = new OleDbCommand("SELECT FileName FROM MyTable"); cmd.Connection = conn; conn.Open(); // Извлекаем имена рисунков OleDbDataReader reader = cmd.ExecuteReader(CommandBehavior.CloseConnection); // Формируем строку исходящих данных StringBuilder sb = new StringBuilder(); foreach (DbDataRecord record in reader)// Равносильно чтению reader.Read() sb.Append(((string)record["FileName"]).Trim() + separator); // Соединение здесь закроет сам объект DataReader после прочтения всех данных // в соответствии с соглашением при его создании CommandBehavior.CloseConnection // Удаляем лишний последний символ сепаратора sb.Replace(separator, String.Empty, sb.ToString(). LastIndexOf(separator), separator.Length); return sb.ToString(); } // Извлечение из БД самого рисунка для отправки клиенту byte GetPicture(String name) { // Создаем и настраиваем инфраструктуру ADO.NET OleDbConnection conn = new OleDbConnection(); conn.ConnectionString = connectionString; // Создаем и настраиваем объект команды, параметризованной по имени рисунка OleDbCommand cmd = new OleDbCommand(); cmd.Connection = conn; cmd.CommandType = CommandType.Text; // Необязательно! Установлено по умолчанию cmd.CommandText = "SELECT Picture FROM MyTable WHERE FileName=?"; cmd.Parameters.Add(new OleDbParameter()); cmd.Parameters.Value = name;// Имя рисунка OleDbDataAdapter adapter = new OleDbDataAdapter(cmd); // Извлекаем рисунок из БД DataTable table = new DataTable(); adapter.Fill(table); byte bytes = (byte)table.Rows["Picture"]; // Подключаемся к рисунку return bytes; } } }

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.

Ранее были рассмотрены локальные базы данных, когда и БД, и взаимодейст­вующее с ней приложение располагаются на одном компьютере. В данном разделе будут рассмотрены некоторые особенности работы с удаленными БД, используе­мыми в сети, где приложение и БД располагаются на разных компьютерах.

В принципе локальную БД тоже можно использовать для коллективного доступа т. е. в сетевом варианте. В этом случае файлы базы данных и приложение для ра­боты с ней располагаются на сервере сети. Пользователь запускает со своего ком­пьютера находящееся на сервере приложение, при этом у него запускается копия приложения. Можно установить приложение и непосредственно на компьютере пользователя, в этом случае приложению должно быть известно местонахождение общей БД, заданное, например, через псевдоним. Подобный сетевой вариант использования локальной БД соответствует архитектуре "файл-сервер".

Достоинствами сетевой архитектуры "файл-сервер" являются простота разработ­ки и эксплуатации БД и приложения. Разработчик фактически создает локальную БД и приложение, которые затем просто используются в сетевом варианте. При этом не требуется дополнительное программное обеспечение для организации работы с БД. Однако архитектуре "файл-сервер" свойственны и существенные недостатки. Для работы с данными используется навигационный способ доступа, при этом по сети циркулируют большие объемы данных. В результате сеть оказы­вается перегруженной, что является причиной ее низкого быстродействия и плохой производительности при работе с БД. Требуется синхронизация работы отдельных пользователей, связанная с бло­кировкой в таблицах тех записей, которые редактирует другой пользователь. Приложения не только обрабатывают данные, но и управляют самой базой данных. В связи с тем, что управление БД осуществляется с разных компью­теров, затрудняются управление доступом, соблюдение конфиденциальности и поддержание целостности БД.

Из-за этих недостатков архитектура "файл-сервер", как правило, используется в небольших сетях. Для сетей с большим количеством пользователей предпочти­тельным вариантом (а порой и единственным возможным) является архитектура "клиент-сервер".В сетевой архитектуре "клиент-сервер" БД размешается на компьютере-сервере сети (сервере или удаленном сервере) и называется также удаленной БД. Приложение, осуществляющее работу с этой БД, находится на компьютере пользо­вателя. Приложение пользователя является клиентом, его также называют приложением-клиентом. Клиент и сервер взаимодействуют следующим образом. Клиент формирует и отсылает запрос серверу, на котором размешена БД. Сервер вы­полняет запрос и выдает клиенту в качестве результатов требуемые данные. Таким образом, в архитектуре "клиент-сервер" клиент посылает запрос и полу­чает только те данные, которые ему действительно нужны. Вся обработка запро­са выполняется на удаленном сервере. К достоинствам такой архитектуры отно­сятся следующие факторы. Для работы с данными используется реляционный способ доступа, что сни­жает нагрузку на сеть. Приложения не управляют напрямую базой, управлением занимается только сервер. В связи с этим можно обеспечить высокую степень защиты данных. В приложении отсутствует код, связанный с управлением БД, поэтому приложения упрощаются.

Отметим, что сервером называют не только компьютер, но и специальную про­грамму, которая управляет БД. Так как в основе организации обмена данными между клиентом и сервером лежит язык SQL такую программу еще называют SQL-сервером, а базу данных - базой данных SQL. В широком смысле слова под сервером понимают компьютер, программу и саму базу данных. SQL-серверами являются промышленные СУБД, такие как InterBase, Oracle и др. Каждый из серверов имеет свои преимущества и осо­бенности, связанные, например, со структурой БД и реализацией языка SQL, которые необходимо учитывать при разработке приложения. Далее мы будем понимать под сервером программу (т. е. SQL -сервер), а установленную на компьютере-сервере базу данных будем называть удаленной БД.

При работе в архитектуре "клиент-сервер" приложение должно:

· устанавливать соединение с сервером и завершать его;

· формировать и отсылать запрос серверу, получая от него результаты выпол­нения запроса;

· обрабатывать полученные данные.

При этом обработка данных не имеет принципиальных отличий по сравнению с обработкой данных в локальных БД.

Удаленная БД, как и локальная, представляет собой совокупность взаимосвязанных таблиц. Однако данные этих таблиц, как правило, содержатся в одном общем файле. Как и в случае с локальной БД, для таблиц удаленной БД могут устанавливаться связи (отношения), ограничения ссылочной целостности, огра­ничения на значения столбцов и т. д. Для удаленных БД поле называется столбцом. Для управления БД сервер использует:

· триггеры;

· генераторы;

· хранимые процедуры;

· функции, определяемые пользователем;

· механизм транзакций;

· механизм кэшированных изменений;

Многие из перечисленных элементов обеспечиваются возможностями языка SQL сервера, в котором, по сравнению с локальной версией, имеются сущест­венные особенности, рассматриваемые ниже.

Система Delphi обеспечивает разработку приложений для различных серверов, предоставляя для этого соответствующие средства. Отметим, что многие опи­санные ранее принципы разработки приложений и средства для работы с ло­кальными БД относятся и к работе с удаленными БД. В частности, для разра­ботки приложений используются такие компоненты, как источник данных DataSource,_наборыданныхTable,ADOTable, SQLTable, IBTable, Query, ADOQuery, SQLQuery, сетка DBGrid и др.

Для реализации реляционного способа доступа к удаленной БД с помощью BDE не­обходимо использовать только средства языка SQL. Поэтому в качестве компонен­тов должны выбираться такие как Query, StoredProc, UpdateSQL. Кроме того, для набора данных нельзя использовать методы, характерные для навигационного способа доступа.

Напомним, что если при выполнении модифицирующего БД запроса с помо­щью компонента Query не нужен результирующий набор данных, то этот за­прос предпочтительнее выполнять с помощью метода ExecSQL. Для работы с таблицами и запросами по-прежнему можно использовать такие программы, как Database Desktop и SQL Explorer.

Средства Delphi, предназначенные для работы с удаленными БД, можно разде­лить на два вида: инструменты и компоненты.

К инструментам относятся специальные программы и пакеты, обеспечивающие обслуживание БД вне разрабатываемых приложений. Среди них:

· InterBase Server Manager - программа управления запуском сервера InterBase;

· IBConsole - консоль сервера InterBase;

· SQL Monitor - программа отслеживания порядка выполнения SQL-запросов к удаленным БД.

Компоненты предназначены для создания приложений, выполняющих операции с удаленной БД. Перечислим наиболее важные из них:

· Database (соединение с БД);

· Session (текущий сеанс работы с БД);

· StoredProc (вызов хранимой процедуры);

· UpdateSQL (модификация набора данных, основанного на SQL-запросе);

· DCOMConnection(DСОМ-соединение);

· компоненты страниц АDО, dbExpress, Interbase Палитры компонентов.

Отметим, что многие из названных компонентов, например, Database, Session, UpdateSQL, используются также при работе с локальными БД. Так, компонент Database позволяет, реализовать механизм транзакций при навигационном способе доступа к данным с помощью механизма ВDЕ. Однако наиболее часто эти компоненты применяются именно при работе с удаленными базами. Часть компонентов, например, клиентский набор данных ClientDataSet и со­единение с сервером DCOMConnection, предназначена для работы в трехуровне­вой (трехзвенной) архитектуре "клиент-сервер" ("тонкий" клиент) и используется для построения сервера приложений.

В основе операций, выполняемых с удаленными БД как с помощью инструмен­тов, так и программно, лежит язык SQL. Например, при создании таблицы с помощью программы IBConsole необходимо набрать и выполнить SQL-запрос (инструкцию) Create Table. Если создание таблицы с помощью механизма ВDЕ осуществляется из приложения пользователя, то для этой цели используется набор данных Query, который выполняет такой же за­прос. Основное различие заключается в том, каким образом выполняется SQL-запрос к удаленной БД.

Итак, для удаленных БД разница между средствами, используемыми в приложении, и инструментами намного меньше, чем для локальных баз данных.

Сервер InterBase. Все серверы имеют похожие принципы организации данных и управления ими. В качестве примера рассмотрим работу с сервером InterBase 6.x, который явля­ется "родным" для_Delphi. Совместно с Delphi поставляются две части сервера InterBase 6.x: серверная и клиентская. Серверная часть InterBase является локальной версией сервера InterBase и ис­пользуется для отладки приложений, предназначенных для работы с удаленны­ми БД, позволяя на одном компьютере проверить их в сетевом варианте. После отладки на локальном компьютере приложение можно перенести на сетевые компьютеры без изменений, для чего нужно:

· скопировать БД на сервер;

· установить для приложения новые параметры соединения с удаленной БД.

Скопировать БД можно с помощью программ типа Проводник Windows. Клиентская часть нужна для обеспечения доступа приложения к удаленной БД.При разработке БД и приложений с использованием локальной версии сервера InterBase нужно иметь в виду, что она имеет ряд ограничений и может не под­держивать, например, механизм событий сервера или определяемые пользовате­лем функции. Полнофункциональная версия сервера InterBase приобретается и устанавливается отдельно от Delphi.Как упоминалось, в основе работы с удаленной БД лежат возможности языка SQL, обеспечивающие соответствующие операции. Назначение и возможности языка SQL для удаленных БД в принципе совпадают с назначением и возмож­ностями этого языка для локальных БД.

Бизнес-правила . Как отмечалось, бизнес-правила представляют собой механизмы управления БД и предназначены для поддержания БД в целостном состоянии. Кроме того, они нужны для реализации ограничений БД, а также для выполнения ряда других действий, например, накапливания статистики работы с БД.

Бизнес-правила можно реализовывать на физическом и программном уровнях. В первом случае эти правила (например, ограничение ссылочной целостности для связанных таблиц) задаются при создании таблиц и входят в структуру БД. Для этого в синтаксис инструкции Create Table включаются соответствующие операнды, например, Default (значение по умолчанию). В дальнейшей работе нельзя нарушить или обойти ограничение, заданное на физическом уровне.

На программном уровне бизнес-правила можно реализовать в сервере и в при­ложении. Причем эти бизнес-правила не должны быть определены на физиче­ском уровне. Для реализации бизнес-правил в сервере обычно используются триггеры. Достоинствами такого подхода является то, что вычислительная на­грузка по управлению БД целиком ложится на сервер, что снижает нагрузку на приложение и сеть, а также то, что действие ограничений распространяется на все приложения, осуществляющие доступ к БД. Однако одновременно снижается гибкость управления БД. Кроме того, нужно учитывать, что средства отладки триггеров и хранимых процедур сервера развиты недостаточно хорошо.

Для программирования бизнес-правил в приложении используются компоненты и их средства. Достоинство такого подхода заключается в легкости изменения бизнес-правил и возможности определить правила "своего" приложения. Недос­татком является снижение безопасности БД, связанное с тем, что каждое при­ложение может устанавливать свои правила управления БД.

Информация всей БД сервера InterBase хранится в одном файле с расширением gdb. Размер этого файла может составлять единицы и даже десятки гигабайт. Отметим, что аналогичный размер БД имеет СУБД Microsoft SOL Server, в то время как для более мощных СУБД Oracle и SyBase размер БД достигает десят­ков и сотен гигабайт.

В отличие от локальной БД, структуру которой составляли таблицы (отдельные или связанные), удаленная БД имеет более сложную структуру, которая включа­ет в свой состав следующие элементы: таблицы, триггеры,индексы, функции пользователя. ограничения, хранимые процедуры, домены, просмотры, генераторы, исключения, привилегии.

Элементы структуры удаленной БД также называют метаданными. Слово "мета" имеет смысл "над", т. е. метаданные представляют собой данные, которые опи­сывают структуру БД. Для InterBase максимальное число таблиц в БД равно 65 536, а максимальное число столбцов в таблице - 1000. Отметим, что таблицы InterBaseимеют мень­шее число допустимых типов столбцов (полей), чем таблицы локальных БД Paradox.

Домен представляет собой именованное описание столбца. После определения домена его имя можно использовать для описания других столбцов.Аналогом домена является тип данных.

Просмотр является логической (виртуальной) таблицей, записи в которую отобраны с помощью инструкции Select. Преимущество просмотра в том, что один раз отобрав записи их можно использовать в дальнейшем без повторного выполнения Select. Это выгодно при частом выполнении одинаковых запросов.

Хранимая процедура представляет собой подпрограмму, расположенную на сервере и вызываемую из приложения клиента. Использование этих объектов увеличивает скорость доступа к БД по следующим причинам:

· вместо текста запроса серверу передается по сети короткое обращение к хранимой процедуре;

· хранимая процедура не требует предварительной синтаксической проверки.

Триггер представляет собой процедуру, которая находится на сервере БД и вызывается автоматически при модификации записей БД, т.е. при изменении столбцов или при их удалении и добавлении. В отличие от хранимых процедур триггеры нельзя вызвать из приложения клиента, а также передавать им параметры и получать от них результаты.

Функция, определяемая пользователем, представляет собой обычную функцию, написанную на алгоритмическом языке, например, Pascal. Созданная функция оформляется в виде динамической библиотеки DLL, откуда может быть вызвана обычным способом. Для обеспечения вызова функции системе Windows должен быть известен путь к соответствующей библиотеке. Использование таких функций расширяет состав функций языка SQL.

Механизм кэшированных изменений заключается в том, что на компьютере клиента в кэше (буфере) создается локальная копия данных, и все изменения в данных выполняются в этой копии. Для хранения локальной копии используется специальный буфер (кэш). Сделанные изменения можно подтвердить, перенеся их в основную БД, хранящуюся на сервере, или отказаться от них. Этот меха­низм напоминает механизм транзакций, но, в отличие от него, снижает нагрузку на сеть, т. к. все изменения передаются в основную БД одним пакетом. Следует иметь к виду, что для всех записей локальной копии отсутствуют блокировки на изменение их значений. Блокировки могут быть установлены другими приложе­ниями для основной БД, находящейся на сервере.Механизм кэшированных изменений реализуется в приложении, для чего компоненты, в первую очередь Database, Table и Query (используемые при доступе с помощью BDE), имеют соответствующие средства. Кроме того, механизм кэшированных изменений поддерживается предназначенным для этого компонен­том UpdateSQL.Основные достоинства рассматриваемого механизма проявляются для удален­ных БД, но его можно использовать и при работе с локальными БД.

Привилегии представляют собой права доступа к БД. Управление привилегиями заключается в их установке и удалении. После создания объекта БД (например, таблицы) доступ к ней разрешен только создателю и системному администрато­ру, имеющему имя SYSDBA. Для доступа к БД остальных пользователей им нуж­но назначить соответствующие привилегии. Сразу после появления нового пользователя, созданного например, с помощью программы InterBase Manager Server , этот пользователь имеет минимальные права доступа: ему разрешено только войти в БД (соединиться с ней), указав свое имя и пароль, однако ни один объект этой БД ему не доступен. Чтобы обеспечить возможность активной работы с БД, нужно определить (переопределить) привилегии.

Установку привилегий выполняет инструкция Grant. Привилегии позволяют разграничить доступ к таблицам и просмотрам со сторо­ны пользователей. При этом под "пользователем" понимается любой объект, обращающийся к данным. Кроме собственно пользователя (приложения), таки­ми объектами могут быть таблицы, просмотры, хранимые процедуры и тригге­ры. Если привилегия предоставляется одновременно нескольким пользователям, то их имена перечисляются через запятую.

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)

Являются неравноправными составляющими информационной сети. Одни владеют каким-то ресурсом, поэтому называются серверами, другие обращаются к этим ресурсам и называются клиентами. Рассмотрим, как же они взаимодействуют между собой и что собой представляет клиент-серверная архитектура.

Архитектура «Клиент-Сервер» представляет собой взаимодействие структурных компонентов в сети на основе определенных данной сети, где структурными компонентами являются сервер и узлы-поставщики определенных специализированных функций (сервисов), а также клиенты, которые пользуются данным сервисом. Специфические функции принято делить на три группы на основе решения определенных задач:

• функции ввода и представления данных предназначены для взаимодействия пользователя с системой;
• прикладные функции - для каждой имеется собственный набор;
• функции управления ресурсами предназначены для управления файловой системой, различными базами данных и прочими компонентами.

Например, компьютер без сетевого подключения, представляет компоненты представления, прикладного назначения и управления на различных уровнях. Такого рода уровнями считаются операционная система, прикладное и служебное программное обеспечение, различные утилиты. Точно так же и в сети представлены все вышеуказанные компоненты. Главное - правильно обеспечить сетевое взаимодействие между этими составляющими.

Клиент-серверная архитектура наиболее часто используется для создания корпоративных баз данных, в которых информация не только хранится, но и периодически поддается обработке различными методами. Именно база данных является главным элементом любой корпоративной информационной системы, а на сервере располагается ядро этой базы. Так, на сервере происходят наиболее сложные операции, касающиеся ввода, хранения, обработки и модификации данных. Когда пользователь (клиент) обращается к базе данных (серверу), происходит обработка запроса: непосредственно обращение к базе данных и возврат ответа (результата обработки). Результат обработки - это сообщение сети об успешном проведении операции или ошибке. Серверные компьютеры могут обрабатывать одновременно обращение нескольких клиентов к одному и тому же файлу. Такая работа и по сети позволяет ускорить работу используемых приложений.

Данная архитектура используется для доступа к различным ресурсам с использованием сетевых технологий: баз данных, почтовые серверы, файрволы, прокси-серверы. Разработка клиент-серверных приложений позволяет повысить безопасность, надежность и производительность используемых приложений и сети в целом. Наиболее часто клиент-серверные приложения используются для автоматизации бизнеса.