Файл: Лекция 01. Основные принципы построения распределенных информационных систем Скворцов С. Е. 15 января 2019.docx

Лекция № 01. Основные принципы построения распределенных информационных систем

 Скворцов С.Е.

 

 15 января 2019

 

 Просмотров: 232

 Empty

Такая отличительная особенность баз данных, как многоцелевое параллельное использование данных, предопределяет наличие средств, обеспечивающих практически одновременный и независимый доступ к одним и тем же данным. Причем сама база данных может быть размещена как на одном, так и на нескольких компьютерах.

Общая тенденция развития технологий обработки данных позволяет в настоящее время выделить два класса распределенной обработки данных: системы распределенной обработки данных и системы распределенных баз данных.



Системы распределенной обработки данных в основном отражают структуру и свойства многопользовательских операционных систем с базой данных, размещенной на центральном компьютере (мэйнфрейм, сервер). Еще до недавнего времени это был единственно возможный вариант вычислительной среды для реализации больших баз данных. Клиентские места могут реализовываться в виде терминалов или мини-ЭВМ, обеспечивающих в основном ввод-вывод данных и не обладающими собственными вычислительными ресурсами (хотя не исключено и использование обычных ПК)Развитием данного направления стоит считать технологию «Клиент-Сервер», позволяющую реализовать различные модели обработки информации в АИС.

Развитие сетевых технологий в сочетании с широким распространением персональных ЭВМ и внедрениям стандартов открытых систем привело к появлению систем баз данных, размещенных в сети разнотипных компьютеров.  Такие системы распределенных баз данных обеспечивают обработку распределенных запросов, когда при обработке одного запроса используются ресурсы базы, размещенные в различных узлах сети. Узлы системы взаимодействую между собой так, что база данных любого узла будет доступна пользователю, как если бы она была локальной.



В обоих случаях программы, обеспечивающие обработку данных

---

, могут быть организованы таким образом, чтобы обеспечить более эффективное использование вычислительных ресурсов за счет разделения функций обработки между центральным процессором сервера БД и клиентскими машинами (1 вариант), либо за счет разделения функций обработки между процессорами узлов СУБД и клиентским машинами (второй вариант).

Для типового приложения обработки данных можно выделить следующие группы функций:

• 
  Presentation Logic
  
• 
  Business Logic
  
• 
  Database Logic
  
• 
  Управление данными и другими ресурсами БД, реализуемое внутренними средствами СУБД
  
• 
  Управление процессами обработки: связывание и синхронизация процессов обработки данных разного уровня.
  

Выделяют следующие, сформулированные ведущими поставщиками СУБД, свойства «идеальной» системы управления распределенными базами данных:

• 
  прозрачность относительно расположения данных: СУБД должна представлять данные так, как если бы они хранились на локальном компьютере;
  
• 
  гетерогенность системы: СУБД должна работать с данными, которые хранятся в системах с различной архитектурой и производительностью (независиость от СУБД);
  
• 
  прозрачность относительно сети: СУБД должна одинаково работать в условиях разнородных сетей;
  
• 
  поддержка распределенных запросов: пользователь должен иметь возможность объединять данные из любых баз, даже если они размещены в разных системах;
  
• 
  поддержка распределенных изменений: пользователь должен иметь возможность изменять данные в любых базах, на доступ к которым у него есть права, даже если эти базы размещены в различных системах;
  
• 
  поддержка распределенных транзакций: СУБД должна выполнять транзакции, выходящие за рамки одной вычислительной системы, и поддерживать целостность распределенной БД даже при возникновении отказов в отдельных системах или в сети;
  
• 
  безопасность: СУБД должна обеспечивать защиту всей распределенной БД от несанкционированного доступа;
  
• 
  универсальность доступа: СУБД должна обеспечивать единую методику доступа ко всем данным.
  

Однако ни одна из существующих СУБД не достигает этого идеала вследствие следующих практических проблем:

---

·        низкая и несбалансированная производительность сетей передачи данных, что в распределенных транзакциях сильно снижает общую производительность обработки;

·        обеспечение целостности данных в распределенных транзакциях базируется на принципе «все или ничего», и требует специального протокола двухфазного завершения транзакций, что приводит к длительной блокировке изменяемых данных;

·        необходимо обеспечить совместимость данных стандартного типа, для хранения которых в разных системах используются разные форматы и кодировки.

·        Выбор схемы размещения системных каталогов. Если каталог будет храниться в одной системе с данными, то удаленный доступ будет замедлен. Если отдельно – изменения придется синхронизировать.

·        Необходимо обеспечить совместимость СУБД разных типов и поставщиков

Указанные причины определили на практике частичность и этапность введения в СУБД тех или иных возможностей по распределенной обработке данных. В простейшем случае пользователь имеет возможность обращаться по сети к записям БД, размещенным на другом компьютере. В других случаях сама СУБД производит аутентификацию удаленного пользователя и устанавливает сетевые соединения.

В общем случае режимы работы с БД можно классифицировать по следующим признакам:

• 
  Многозадачность – однопользовательский или многопользовательский
  
• 
  Правило обслуживания запросов – последовательное или параллельное
  
• 
  Схема размещения данных – централизованная или распределенная БД
  

---

Лекция № 02. Архитектура распределенной обработки данных

 Скворцов С.Е.

 

 15 января 2019

 

 Просмотров: 258

 Empty

Почти все модели организации взаимодействия пользователя с базой данных, построены на основе модели "клиент-сервер". Т.е. предполагается, что каждое такое приложение отличается способом распределения функций ранее приведенных групп обработки данных между как минимум двумя частями:

• 
  клиентской, которая отвечает за целевую обработку данных и организацию взаимодействия с пользователем;
  
• 
  серверной, которая обеспечивает хранение данных, обрабатывает запросы и посылает результаты клиенту для специальной обработки.
  

В общем случае предполагается, что эти части приложения функционируют на отдельных компьютерах, т.е. к серверу БД с помощью сети подключены компьютеры пользователей (клиенты).

Сервер – это программа, реализующая функции собственно СУБД: определение данных, запись-чтение данных, поддержка схем внешнего, концептуального и внутреннего уровней, диспетчеризация и оптимизация выполнения запросов, защита данных.

Клиент – это различные программы, написанные как пользователями, так и поставщиками СУБД, внешние или «встроенные» по отношению к СУБД. Программа-клиент организована в виде приложения, работающего «поверх» СУБД, и обращающегося для выполнения операций над данными к компонентам СУБД через интерфейс внешнего уровня.

Разделение процесса выполнения запроса на «клиентскую» и «серверную» компоненту позволяет:

• 
  различным прикладным (клиентским) программам одновременно использовать общую базу данных;
  
• 
  централизовать функции управления, такие, как защита информации, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов;
  
• 
  обеспечивать параллельную обработку запроса в случае распределенных БД;
  
• 
  высвобождать ресурсы рабочих станций и сети;
  
• 
  повышать эффективность управления данными за счет использования компьютера, специально разработанных для работы СУБД (серверы баз данных и машины баз данных).
  

---

Базовые архитектуры распределенной обработки

Учитывая, что одним из основных показателей эффективности сетевой обработки данных является время обслуживания запроса, рассмотрим различные модели архитектуры распределенной обработки на примере, когда прикладная программа работы с базой данных, расположенной на сервере, загружена на рабочую станцию, и пользователю необходимо получить все записи, удовлетворяющие некоторым поисковым условиям.

Архитектура «Файл-сервер»

В архитектуре «файл-сервер», схема которой представлена на рисунке 1, средства организации и управления базой данных (в том числе и СУБД) целиком располагаются на машине клиента, а база данных, представляющая собой обычно набор специализированных структурированных файлов, на машине-сервере. В этом случае серверная компонента представлена даже не средствами СУБД, а сетевыми составляющими операционной системы, обеспечивающими удаленный разделяемый доступ к файлам. Таким образом, «файл-сервер» представляет собой вырожденный случай клиент-серверной архитектуры.

Взаимодействие между клиентом и сервером происходит на уровне команд ввода-вывода файловой системы, которая возвращает запись или блок данных. Запрос к базе, сформулированный на языке манипулирования данными, преобразуется самой СУБД в последовательность команд ввода-вывода, которые обрабатываются операционной системой машины-сервера.



Рисунок 1 - Архитектура «файл-сервер»

Достоинство - возможность обслуживания запросов нескольких клиентов.

Недостатки:

• 
  высокая загрузка сети и машин-клиентов, т.к. обмен идет на уровне единиц информации файловой системы – физических записей, блоков или даже файлов, из которых на машине клиента будут выбраны и представлены необходимые для приложения элементы данных;
  
• 
  низкий уровень защиты данных, т.к. доступ к файлам БД управляется общими средствами ОС сервера;
  
• 
  низкий уровень управления целостностью и непротиворечивостью информации, т.к. бизнес-правила функциональной обработки, сосредоточенные на клиентской части, могут быть противоречивыми и несихронизированными.
  

---