Распределенные информационные системы. Основные понятия, принципы построения и модели распределенных систем

Информационные ресурсы организаций и предприятий, с одной стороны, разделены и распределены логически и физически. С другой стороны, информационные ресурсы создаются и используются своей определенной частью или в целом коллективно или индивидуально. Иначе говоря, с одними и теми же документами, картотеками и прочими информационными массивами могут в рамках общего проекта или в своей части одновременно работать несколько сотрудников и подразделений.

1. Понятие распределенных информационных систем

Собственно в основе распределенных АИС лежат две основные идеи:

• много организационно и физически распределенных пользователей, одновременно работающих с общими данными — общей базой данных;

• логически и физически распределенные данные, составляющие и образующие тем не менее единое согласованное целое — общую базу данных.

1. Основные принципы их создания и функционирования

• прозрачность расположения данных для пользователя;
• изолированность пользователей друг от друга;
• синхронизация и согласованность состояния данных в любой момент времени.

Из основных вытекает ряд дополнительных принципов:

• локальная автономия;
• отсутствие центральной установки;
• независимость от местоположения;
• непрерывность функционирования;
• независимость от фрагментации данных;
• независимость от дублирования данных;
• распределенная обработка запросов;
• распределенное управление транзакциями;
• независимость от аппаратуры;
• независимость от типа операционной системы;
• независимость от коммуникационной сети;
• независимость от СУБД.

В обиходе СУБД, на основе которых создаются распределенные информационные системы, также характеризуют термином «Распределенные СУБД», и, соответственно, используют термин «Распределенные базы данных».

Важнейшую роль в технологии создания и функционирования распределенных баз данных играет техника «представлений» (View).

Представлением называется сохраняемый в базе данных авторизованный глобальный запрос на выборку данных. Авторизованность означает возможность запуска такого запроса только конкретно поименованным в системе пользователем.

Глобальность заключается в том, что выборка данных может осуществляться со всей базы данных, в том числе из данных расположенных на других вычислительных машинах.

При входе пользователя в распределенную систему ядро СУБД, идентифицируя пользователя, запускает запросы его ранее определенного и хранимого в базе данных представления и формирует ему «свое» видение базы данных, воспринимаемое пользователем как обычная (локальная) база данных.

Так как представление базы данных виртуально, то «настоящие» данные физически находятся там, где они находились до формирования представления.

При осуществлении пользователем манипуляций с данными ядро распределенной СУБД по системному каталогу базы данных само определяет, где находятся данные, вырабатывает стратегию действий. При этом большая часть таких операций прозрачна (т. е. невидима) для пользователя, и он воспринимает работу в распределенной базе данных как в обычной локальной базе.

Авторизация представлений осуществляется применением команд (директив) GRANT, присутствующих в базовом перечне инструкций языка SQL и предоставляющих полномочия и привилегии пользователям:

Технологии и модели «Клиент-сервер»

В технологиях «Клиент-сервер» отступают от одного из главных принципов создания и функционирования распределенных систем — отсутствия центральной установки. Поэтому можно выделить две основные идеи, лежащие в основе клиент-серверных технологий:

• хранение общие для всех пользователей данных на одном или нескольких серверах;

• много пользователей на различных вычислительных машинах совместно обрабатывают общие данные.

Иначе говоря, системы, основанные на технологиях «Клиент-сервер», распределены только в отношении пользователей поэтому часто их не относят к «настоящим» распределенным системам, а считают отдельным, уже упоминавшимся классом многопользовательских систем.

Важное значение в технологиях «Клиент-сервер» имеют понятия сервера и клиента.

Под сервером в широком смысле понимается любая система, процесс, компьютер, владеющие каким-либо вычислительным ресурсом.

Клиентом называется также любая система, процесс, компьютер, пользователь, запрашивающие у сервера какой-либо ресурс, пользующиеся каким-либо ресурсом или обслуживаемые сервером иным способом.

Исходя из особенностей реализации и распределения (расположения) в системе этих трех компонентов различают четыре модели технологий "Клиент-сервер":

• модель файлового сервера;

• модель удаленного доступа к данным;

• модель сервера базы данных;

• модель сервера приложений.

1. Модель файлового сервера

Модель файлового сервера является наиболее простой и характеризует собственно не столько способ образования фактографической информационной системы, сколько общий способ взаимодействия компьютеров в локальной сети. Один из компьютеров сети выделяется и определяется файловым сервером.

С помощью функций операционной системы в оперативную память клиентской установки полностью или частично на время сеанса работы копируется файл базы данных. Таким образом, сервер в данном случае выполняет чисто пассивную функцию.

Достоинством данной модели являются ее простота, отсутствие высоких требований к производительности сервера.Программные компоненты СУБД в данном случае не распределены, т. е. никакая часть СУБД на сервере не инсталлируется и не размещается.

С другой стороны, также очевидны и недостатки такой модели. Это, прежде всего, высокий сетевой трафик, достигающий пиковых значений особенно в момент массового вхождения в систему пользователей.

Модель удаленного доступа к данным

Модель удаленного доступа к данным основана на учете специфики размещения и физического манипулирования данных во внешней памяти для реляционных СУБД. В RDA-модели компонент доступа к данным в СУБД полностью отделен от двух других компонентов и размещается на сервере системы. Компонент доступа к данным реализуется в виде самостоятельной программной части СУБД, называемой SQL-серевером, и устанавливается на вычислительной машине сервера системы. Функции SQL-сервера ограничиваются низкоуровневыми операциями по организации, размещению, хранению и манипулированию данными в дисковой памяти сервера. Иначе говоря, SQL-сервер играет роль машины данных

В файле (файлах) базы данных, размещаемом на сервере системы, находится также и системный каталог базы данных, в который помещаются в том числе и сведения о зарегистрированных клиентах, их полномочиях и т. п.

Другим, может быть неявным, достоинством RDA-модели является унификация интерфейса взаимодействия прикладных компонентов информационных систем с общими данными.

К недостаткам RDA-модели можно отнести высокие требования к клиентским вычислительным машинам, так как прикладные программы обработки данных, определяемые спецификой предметной области АИС, выполняются на них. Другим недостатком является все же существенный трафик сети обусловленный тем, что с сервера базы данных клиентам направляются наборы (таблицы) данных, которые в определенных случаях могут занимать достаточно существенный объем.

1. Модель сервера базы данных

Развитием RDA-модели стала модель сервера базы данных.

Её сердцевиной является использование хранимых процедур. В отличие от RDA-модели, определенные для конкретной предметной области АИС события, правила и процедуры, описанные средствами языка SQL, хранятся вместе с данными на сервере системы и на нем же выполняются. Иначе говоря, прикладной компонент полностью размещается и выполняется на сервере системы.

На клиентских машинах в DBS-модели размещается только интерфейсный компонент АИС, что существенно снижает требования к вычислительной установке клиента. Пользователь через интерфейс системы на клиентской установке направляет на сервер базы данных только лишь вызовы необходимых процедур, запросов и других функций по обработке данных. Этим обеспечивается существенное снижение трафика сети в DBS-модели по сравнению с RDA-моделью.

Следует, однако, заметить, что на сервере системы выполняются процедуры прикладных задач одновременно всех пользователей системы. В результате резко возрастают требования к вычислительной установке сервера, причем как к объему дискового пространства и оперативной памяти, так и к быстродействию. Это основной недостаток DBS-модели.

К достоинствам же DBS -модели, помимо разгрузки сети относится и более активная роль сервера сети, размещение хранение и выполнение на нем механизма событий, правил и процедур, возможность более адекватно и эффективно «настраивать» распределенную АИС на все нюансы предметной области системы. Также более надежно обеспечивается согласованность состояния и изменения данных, и, вследствие этого повышается надежность хранения и обработки данных, эффективно координируется коллективная работа пользователей общими данными.

1. Модель сервера приложений

Чтобы разнести требования к вычислительным ресурсам сервера в отношении быстродействия и памяти по разным вычислительным установкам, используется модель сервера приложений. Суть АS-модели заключается в переносе прикладного компонента АИС на специализированный в отношении повышенных ресурсов по быстродействию дополнительный сервер системы.

Как и в DBS-модели, на клиентских установках располагается только интерфейсная часть системы, т. е. компонент представления. Однако вызовы функций обработки данных направляются на сервер приложений, где эти функции совместно выполняются для всех пользователей системы.

АS-модель, сохраняя сильные стороны DBS-модели, позволяет более оптимально построить вычислительную схему информационной системы, однако, как и в случае RDA-модели повышает трафик сети.

В еще не устоявшейся до конца терминологии по моделям и технологиям «Клиент-сервер» RDA-модель характеризуют еще как модель с так называемыми «толстыми», а DBS-модель и АS-модель как модели, соответственно, с «тонкими» клиентами.