Департамент общего и профессионального образования Брянской области

Государственное образовательное учреждение

Клинцовский текстильный техникум

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Технология «Клиент – сервер»

Студент гр. А-90______________________(Петроченко А.О.)

Преподаватель _______________________ (Широкова А.Л.)

Клинцы – 2011

1. Серверы. Основные понятия серверов

2. Модель клиент-сервер

3. Классификация стандартных серверов

4. Вывод

1. Серверы. Основные понятия серверов

Сервер (от англ. server, обслуживающий). В зависимости от предназначения существует несколько определений понятия сервер.

1. Сервер (сеть) - логический или физический узел сети, обслуживающий запросы к одному адресу и/или доменному имени (смежным доменным именам), состоящий из одного или системы аппаратных серверов, на котором выполняются один или система серверных программ

2. Сервер (программное обеспечение) - программное обеспечение, принимающее запросы от клиентов (в архитектуре клиент-сервер).

3. Сервер (аппаратное обеспечение) - компьютер (или специальное компьютерное оборудование) выделенный и/или специализированный для выполнения определенных сервисных функций.

3. Сервер в информационных технологиях - программный компонент вычислительной системы, выполняющий сервисные функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определённым ресурсам.

Взаимосвязь понятий. Серверное приложение (сервер) запускается на компьютере, так же называемом "сервер", при этом при рассмотрении топологии сети, такой узел называют "сервером". В общем случае может быть так, что серверное приложение запущено на обычной рабочей станции, или серверное приложение, запущенное на серверном компьютере в рамках рассматриваемой топологии выступает в роли клиента (т.е. не является сервером с точки зрения сетевой топологии).

2. Модель клиент-сервер

Клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети.

Процессы, реализующие некоторую службу, например службу файловой системы или базы данных, называются серверами (servers). Процессы, запрашивающие службы у серверов путем посылки запроса и последующего ожидания ответа от сервера, называются клиентами (clients) .

По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной.

В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п..

Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов. Обратите внимание - файлов, а не базы данных. Система управления базами данных расположена на рабочей станции.

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей)

Рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей

В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п..

Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети.

Что дает архитектура клиент-сервер?

Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему?

Надежность

Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:

• атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;
• независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;
• устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.

Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.

Масштабируемость

Масштабируемость - способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.

Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.

Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу.

Безопасность

Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено.

Гибкость

В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:

• пользовательского интерфейса ;
• правил логической обработки (бизнес-правил);
• управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).

Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.

В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рисунке выше, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте.

В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения )

Рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения

Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса.

Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение.

1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты.

2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.

Архитектура клиент-сервер предназначена для разрешения проблем файл-серверных приложений путем разделения компонентов приложения и размещения их там, где они будут функционировать наиболее эффективно. Особенностью архитектуры клиент-сервер является использование выделенных серверов баз данных, понимающих запросы на языке структурированных запросов SQL (Structured Query Language) и выполняющих поиск, сортировку и агрегирование информации.

Отличительная черта серверов БД - наличие справочника данных, в котором записана структура БД, ограничения целостности данных, форматы и даже серверные процедуры обработки данных по вызову или по событиям в программе.

Объектами разработки в таких приложениях помимо диалога и логики обработки являются, прежде всего, реляционная модель данных и связанный с ней набор SQL-операторов для типовых запросов к базе данных.

Большинство конфигураций клиент-сервер использует двухуровневую модель, в которой клиент обращается к услугам сервера. Предполагается, что диалоговые компоненты PS и PL размещаются на клиенте, что позволяет обеспечить графический интерфейс. Компоненты управления данными DS и FS размещаются на сервере, а диалог (PS, PL), логика BL и DL - на клиенте. Двухуровневое определение архитектуры клиент-сервер использует именно этот вариант: приложение работает у клиента, СУБД - на сервере (рис. 1.4.).

Рис. 6 . Классический вариант клиент-серверной информационной системы

Поскольку эта схема предъявляет наименьшие требования к серверу, она обладает наилучшей масштабируемостью. Однако сложные приложения, вызывающие большое взаимодействие с БД, могут жестко загрузить как клиента, так и сеть. Результаты SQL-запроса должны вернуться клиенту для обработки, потому что там находится логика принятия решения. Такая схема приводит к дополнительному усложнению администрирования приложений, разбросанных по различным клиентским узлам. Для сокращения нагрузки на сеть и упрощения администрирования приложений компонент BL можно разместить на сервере. При этом вся логика принятия решений оформляется в виде хранимых процедур и выполняется на сервере БД.

Хранимая процедура - процедура с операторами SQL для доступа к БД, вызываемая по имени с передачей требуемых параметров и выполняемая на сервере БД.

Хранимые процедуры могут компилироваться, что повышает скорость их выполнения и сокращает нагрузку на сервер. Хранимые процедуры улучшают целостность приложений и БД, гарантируют актуальность коллективно используемых операций и вычислений. Улучшается сопровождение таких процедур, а также безопасность (нет прямого доступа к данным).

ПРИМЕЧАНИЕ

Следует помнить, что перегрузка хранимых процедур прикладной логикой может перегрузить сервер, что приведет к потере производительности. Эта проблема особенно актуальна при разработке крупных информационных систем, в которых к серверу может одновременно обращаться большое количество клиентов. Поэтому в большинстве случаев следует принимать компромиссные решения: часть логики приложения размещать на стороне сервера, часть - на стороне клиента. Такие клиент-серверные системы называются системами с разделенной логикой. Данная схема при удачном разделении логики позволяет получить более сбалансированную загрузку клиентов и сервера, но при этом затрудняется сопровождение приложений.

Создание архитектуры клиент-сервер возможно и на основе многотерминальной системы. В этом случае в многозадачной среде сервера приложений выполняются программы пользователей, а клиентские узлы вырождены и представлены терминалами. Подобная схема информационной системы характерна для UNIX.

В настоящее время архитектура клиент-сервер получила признание и широкое распространение как способ организации приложений для рабочих групп и информационных систем корпоративного уровня. Подобная организация работы повышает эффективность выполнения приложений за счет использования возможностей сервера БД, разгрузки сети и обеспечения контроля целостности данных.

Двухуровневые схемы архитектуры клиент-сервер могут привести к некоторым проблемам в сложных информационных приложениях с множеством пользователей и запутанной логикой. Решением этих проблем может стать использование многоуровневой архитектуры.

Многоуровневая архитектура

Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры клиент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:

· нижний уровень представляет собой приложения клиентов, выделенные для выполнения функций и логики представлений PS и PL и имеющие программный интерфейс для вызова приложения на среднем уровне;

· средний уровень представляет собой сервер приложений, на котором выполняется прикладная логика BL и с которого логика обработки данных DL вызывает операции с базой данных DS;

· верхний уровень представляет собой удаленный специализированный сервер базы данных, выделенный для услуг обработки данных DS и файловых операций FS (без риска использования хранимых процедур).

Подобную концепцию обработки данных пропагандируют, в частности, фирмы Oracle, Sun, Borland и др.

Трехуровневая архитектура позволяет еще больше сбалансировать нагрузку на разные узлы и сеть, а также способствует специализации инструментов для разработки приложений и устраняет недостатки двухуровневой модели клиент-сервер.

Централизация логики приложения упрощает администрирование и сопровождение. Четко разделяются платформы и инструменты для реализации интерфейса и прикладной логики, что позволяет с наибольшей отдачей реализовывать их специалистам узкого профиля. Наконец, изменения прикладной логики не затрагивают интерфейса, и наоборот. Но поскольку границы между компонентами PL, BL и DL размыты, прикладная логика может появиться на всех трех уровнях. Сервер приложений с помощью монитора транзакций обеспечивает интерфейс с клиентами и другими серверами, может управлять транзакциями и гарантировать целостность распределенной базы данных. Средства удаленного вызова процедур наиболее соответствуют идее распределенных вычислений: они обеспечивают из любого узла сети вызов прикладной процедуры, расположенной на другом узле, передачу параметров, удаленную обработку и возврат результатов.

С ростом систем клиент-сервер необходимость трех уровней становится все более очевидной. Продукты для трехзвенной архитектуры, так называемые мониторы транзакций, являются относительно новыми. Эти инструменты в основном ориентированы на среду UNIX, однако прикладные серверы можно строить на базе Мicrosoft Windows NT с использованием вызова удаленных процедур для организации связи клиентов с сервером приложений. На практике в локальной сети могут использоваться смешанные архитектуры (двухуровневые и трехуровневые) с одним и тем же сервером базы данных. С учетом глобальных связей архитектура может иметь больше трех звеньев. В настоящее время появились новые инструментальные средства для гибкой сегментации приложений клиент-сервер по различным узлам сети.

Таким образом, многоуровневая архитектура распределенных приложений позволяет повысить эффективность работы корпоративной информационной системы и оптимизировать распределение ее программно-аппаратных ресурсов. Но пока на российском рынке по-прежнему доминирует архитектура клиент- сервер.

Интернет/интранет-технологии

В развитии технологии Интернет/интранет основной акцент пока что делается на разработке инструментальных программных средств. В то же время наблюдается отсутствие развитых средств разработки приложений, работающих с базами данных.

Компромиссным решением для создания удобных и простых в использовании и сопровождении информационных систем, эффективно работающих с базами данных, стало объединение Интернет/интранет-технологии с многоуровневой архитектурой. При этом структура информационного приложения приобретает следующий вид: браузер - сервер приложений - сервер баз данных - сервер динамических страниц - web-сервер. Благодаря интеграции Интернет/интранет-технологии и архитектуры клиент-сервер процесс внедрения и сопровождения корпоративной информационной системы существенно упрощается при сохранении достаточно высокой эффективности и простоты совместного использования информации.

Области применения и примеры реализации информационных систем

В последние несколько лет компьютер стал неотъемлемой частью управленческой системы предприятий. Однако современный подход к управлению предполагает еще и вложение денег в информационные технологии. Причем чем крупнее предприятие, тем больше должны быть подобные вложения.

Благодаря стремительному развитию информационных технологий наблюдается расширение области их применения. Если раньше чуть ли не единственной областью, в которой применялись информационные системы, была автоматизация бухгалтерского учета, то сейчас наблюдается внедрение информационных технологий во множество других областей. Эффективное использование корпоративных информационных систем позволяет делать более точные прогнозы и избегать возможных ошибок в управлении. Из любых данных и отчетов о работе предприятия можно извлечь массу полезных сведений. И информационные системы как раз и позволяют извлекать максимум пользы из всей имеющейся в компании информации. Именно этим фактом и объясняются жизнеспособность и бурное развитие информационных технологий - современный бизнес крайне чувствителен к ошибкам в управлении, и для принятия грамотного управленческого решения в условиях неопределенности и риска необходимо постоянно держать под контролем различные аспекты финансово-хозяйственной деятельности предприятия (независимо от профиля его деятельности).

Поэтому можно вполне обоснованно утверждать, что в жесткой конкурентной борьбе большие шансы на победу имеет предприятие, использующее в управлении современные информационные технологии.

Рассмотрим наиболее важные задачи, решаемые с помощью специальных программных средств.

Рассказывает Владимир, веб-разработчик Noveo

Большинству разработчиков сайтов, веб-сервисов и мобильных приложений рано или поздно приходится иметь дело с клиент-серверной архитектурой, а именно разрабатывать web API или интегрироваться с ним. Чтобы не изобретать каждый раз что-то новое, важно выработать относительно универсальный подход к проектированию web API, основываясь на опыте разработки подобных систем. Предлагаем вашему вниманию объединенный цикл статей, посвящённых этому вопросу.

Приближение первое: Действующие лица

В один прекрасный момент, в процессе создания очередного веб-сервиса, я решил собрать все свои знания и размышления на тему проектирования web API для обслуживания нужд клиентских приложений и оформить их в виде статьи или серии статей. Разумеется, мой опыт не претендует на абсолют, и конструктивная критика и дополнения более чем приветствуются.

Чтиво получилось больше философское, нежели техническое, но и для любителей технической части здесь будет над чем поразмыслить. Сомневаюсь, что скажу в этой статье что-то принципиально новое, то, о чем вы никогда не слышали, не читали и о чем не думали сами. Просто попытаюсь уложить все в единую систему, в первую очередь в своей собственной голове, а это уже дорогого стоит. Тем не менее, буду рад, если мои измышления будут вам полезны в вашей практике. Итак, поехали.

Клиент и сервер

Сервером в данном случае мы считаем абстрактную машину в сети, способную получить HTTP-запрос, обработать его и вернуть корректный ответ. В контексте данной статьи совершенно не важны его физическая суть и внутренняя архитектура, будь то студенческий ноутбук или огромный кластер из промышленных серверов, разбросанных по всему миру. Нам в той же мере совершенно неважно, что у него под капотом, кто встречает запрос у дверей, Apache или Nginx, какой неведомый зверь, PHP, Python или Ruby выполняет его обработку и формирует ответ, какое хранилище данных используется: Postgresql, MySQL или MongoDB. Главное, чтобы сервер отвечал главному правилу - услышать, понять и простить ответить.

Клиентом тоже может быть все, что угодно, что способно сформировать и отправить HTTP-запрос. До определенного момента в этой статье нам также не особо будут интересны цели, которые ставит перед собой клиент, отправляя этот запрос, как и то, что он будет делать с ответом. Клиентом может быть JavaScript-сценарий, работающий в браузере, мобильное приложение, злой (или не очень) демон, запущенный на сервере, или слишком поумневший холодильник (уже есть и такие).

По большей части мы будем говорить о способе общения между выше перечисленными двумя, таком способе, чтобы они друг друга понимали, и ни у одного не оставалось вопросов.

Философия REST

REST (Representational state transfer) изначально был задуман как простой и однозначный интерфейс для управления данными, предполагавший всего несколько базовых операций с непосредственным сетевым хранилищем (сервером): извлечение данных (GET), сохранение (POST), изменение (PUT/PATCH) и удаление (DELETE). Разумеется, этот перечень всегда сопровождался такими опциями, как обработка ошибок в запросе (корректно ли составлен запрос), разграничение доступа к данным (вдруг этого вам знать не следует) и валидация входящих данных (вдруг вы написали ерунду), в общем, всеми возможными проверками, которые сервер выполняет перед тем, как выполнить желание клиента .

Помимо этого REST имеет ряд архитектурных принципов, перечень которых можно найти в любой другой статье о REST. Пробежимся по ним кратко, чтобы они были под рукой, и не пришлось никуда уходить:

Независимость сервера от клиента - серверы и клиенты могут быть мгновенно заменены другими независимо друг от друга, так как интерфейс между ними не меняется. Сервер не хранит состояний клиента.
Уникальность адресов ресурсов - каждая единица данных (любой степени вложенности) имеет свой собственный уникальный URL, который, по сути, целиком является однозначным идентификатором ресурса.

Пример: GET /api/v1/users/25/name

Независимость формата хранения данных от формата их передачи - сервер может поддерживать несколько различных форматов для передачи одних и тех же данных (JSON, XML и т.д.), но хранит данные в своем внутреннем формате, независимо от поддерживаемых.

Присутствие в ответе всех необходимых метаданных - помимо самих данных сервер должен возвращать детали обработки запроса, например, сообщения об ошибках, различные свойства ресурса, необходимые для дальнейшей работы с ним, например, общее число записей в коллекции для правильного отображения постраничной навигации. Мы еще пройдемся по разновидностям ресурсов.

Чего нам не хватает

Классический REST подразумевает работу клиента с сервером как с плоским хранилищем данных, при этом ничего не говорится о связанности и взаимозависимости данных между собой. Все это по умолчанию целиком ложится на плечи клиентского приложения. Однако современные предметные области, для которых разрабатываются системы управления данными, будь то социальные сервисы или системы интернет-маркетинга, подразумевают сложную взаимосвязь между сущностями, хранящимися в базе данных. Поддержка этих связей, т.е. целостности данных, находится в зоне ответственности серверной стороны, в то время, как клиент является только интерфейсом для доступа к этим данным. Так чего же нам не хватает в REST?

Вызовы функций

Чтобы не менять данные и связи между ними вручную, мы просто вызываем у ресурса функцию и «скармливаем» ей в качестве аргумента необходимые данные. Эта операция не подходит под стандарты REST, для нее не существует особого глагола, что заставляет нас, разработчиков, выкручиваться кто во что горазд.

Самый простой пример – авторизация пользователя. Мы вызываем функцию login, передаем ей в качестве аргумента объект, содержащий учетные данные, и в ответ получаем ключ доступа. Что творится с данными на серверной стороне – нас не волнует.

Еще вариант – создание и разрыв связей между данными. Например, добавление пользователя в группу. Вызываем у сущности группа функцию addUser, в качестве параметра передаем объект пользователь , получаем результат.

А еще бывают операции, которые вообще не связаны напрямую с сохранением данных как таковых, например, рассылка уведомлений, подтверждение или отклонение каких-либо операций (завершение отчетного периода etc).

Множественные операции

Часто бывает так, и разработчики клиентов поймут, о чем я, что клиентскому приложению удобнее создавать/изменять/удалять/ сразу несколько однородных объектов одним запросом, и по каждому объекту возможен свой вердикт серверной стороны. Тут есть как минимум несколько вариантов: либо все изменения выполнены, либо они выполнены частично (для части объектов), либо произошла ошибка. Ну и стратегий тоже несколько: применять изменения только в случае успеха для всех, либо применять частично, либо откатываться в случае любой ошибки, а это уже тянет на полноценный механизм транзакций.

Для web API, стремящегося к идеалу, тоже хотелось бы как-то привести подобные операции в систему. Постараюсь сделать это в одном из продолжений.

Статистические запросы, агрегаторы, форматирование данных

Частенько бывает так, что на основе хранимых на сервере данных нам нужно получить статистическую выжимку или данные, отформатированные особым образом: например, для построения графика на стороне клиента. По сути это данные, генерируемые по требованию, в той или иной мере на лету, и доступные только для чтения, так что имеет смысл вынести их в отдельную категорию. Одной из отличительных особенностей статистических данных, на мой взгляд, является то, что они не имеют уникального ID.

Уверен, что это далеко не все, с чем можно столкнуться при разработке реальных приложений, и буду рад вашим дополнениям и коррективам.

Разновидности данных

Объекты

Ключевым типом данных в общении между клиентом и сервером выступает объект. По сути, объект – это перечень свойств и соответствующих им значений. Мы можем отправить объект на сервер в запросе и получить в результат запроса в виде объекта. При этом объект не обязательно будет реальной сущностью, хранящейся в базе данных, по крайней мере, в том виде, в котором он отправлен или получен. Например, учетные данные для авторизации передаются в виде объекта, но не являются самостоятельной сущностью. Даже хранимые в БД объекты склонны обрастать дополнительными свойствами внутрисистемного характера, например, датами создания и редактирования, различными системными метками и флагами. Свойства объектов могут быть как собственными скалярными значениями, так и содержать связанные объекты и коллекции объектов , которые не являются частью объекта. Часть свойств объектов может быть редактируемой, часть системной, доступной только для чтения, а часть может носить статистический характер и вычисляться на лету (например, количество лайков). Некоторые свойства объекта могут быть скрыты, в зависимости от прав пользователя.

Коллекции объектов

Говоря о коллекциях, мы подразумеваем разновидность серверного ресурса, позволяющую работать с перечнем однородных объектов, т.е. добавлять, удалять, изменять объекты и осуществлять выборку из них. Помимо этого коллекция теоретически может обладать собственными свойствами (например, максимальное число элементов на страницу) и функциями (тут я в замешательстве, но такое тоже было).

Скалярные значения

В чистом виде скалярные значения как отдельная сущность на моей памяти встречались крайне редко. Обычно они фигурировали как свойства объектов или коллекций, и в этом качестве они могут быть доступны как для чтения, так и для записи. Например, имя пользователя может быть получено и изменено в индивидуальном порядке GET /users/1/name . На практике эта возможность пригождается редко, но в случае необходимости хотелось бы, чтобы она была под рукой. Особенно это касается свойств коллекции, например числа записей (с фильтрацией или без нее): GET /news/count .

В одной из следующих статей я постараюсь классифицировать эти операции и предложить варианты возможных запросов и ответов, основываясь на том, с какими из них мне приходилось сталкиваться на практике.

Приближение второе: Правильный путь

В этом приближении я хотел бы отдельно поговорить о подходах к построению уникальных путей к ресурсам и методам вашего web API и о тех архитектурных особенностях приложения, которые влияют на внешний вид этого пути и его компоненты.

О чем стоит подумать, стоя на берегу

Версионность

Рано или поздно любая действующая система начинает эволюционировать: развиваться, усложняться, масштабироваться, усовремениваться. Для разработчиков REST API это чревато в первую очередь тем, что необходимо запускать новые версии API при работающих старых. Здесь я говорю больше не об архитектурных изменениях под капотом вашей системы, а о том, что изменяется сам формат данных и набор операций с ними. В любом случае версионность нужно предусмотреть как в изначальной организации исходного кода, так и в принципе построения URL. Что касается URL, здесь существует два наиболее популярных способа указания версии API, которой адресован запрос. Префиксация пути example-api.com/v1/ и разведение версий на уровне субдомена v1.example-api.com . Использовать можно любой из них, в зависимости от потребности и необходимости.

Автономность компонентов

Web API сложных систем, поддерживающих несколько пользовательских ролей, зачастую требует разделения на части, каждая из которых обслуживает свой спектр задач. По сути, каждая часть может быть самостоятельным приложением, работать на разных физических машинах и платформах. В контексте описания API нам совершенно не важно, как сервер обрабатывает запрос и какие силы и технологии в этом замешаны. Для клиента API – система инкапсулированная. Тем не менее разные части системы могут обладать совершенно разной функциональностью, например, административная и пользовательская часть. И методология работы с одними и теми же, казалось бы, ресурсами может существенно отличаться. Поэтому такие части необходимо разделять на уровне домена admin.v1.example-api.com или префикса пути example-api.com/v1/admin/ . Это требование не является обязательным, и многое зависит от сложности системы и её назначения.

Формат обмена данными

Самым удобным и функциональным, на мой взгляд, форматом обмена данными является JSON, но никто не запрещает использовать XML, YAML или любой другой формат, позволяющий хранить сериализованные объекты без потери типа данных. При желании можно сделать в API поддержку нескольких форматов ввода/вывода. Достаточно задействовать HTTP заголовок запроса для указания желаемого формата ответа Accept и Content-Type для указания формата переданных в запросе данных. Другим популярным способом является добавление расширения к URL ресурса, например, GET /users.xml , но такой способ кажется менее гибким и красивым, хотя бы потому, что утяжеляет URL и верен скорее для GET-запросов, нежели для всех возможных операций.

Локализация и многоязычность

На практике многоязычность API чаще всего сводится к переводу сервисных сообщений и сообщений об ошибках на требуемый язык для прямого отображения конечному пользователю. Многоязычный контент тоже имеет место быть, но сохранение и выдача контента на разных языках, на мой взгляд, должна разграничиваться более явно, например, если у вас одна и та же статья существует на разных языках, то по факту это две разных сущности, сгруппированные по признаку единства содержания. Для идентификации ожидаемого языка можно использовать разные способы. Самым простым можно считать стандартный HTTP-заголовок Accept-Language . Я встречал и другие способы, такие, как добавление GET-параметра language="en" , использование префикса пути example-api.com/en/ или даже на уровне доменного имени en.example-api.com . Мне кажется, что выбор способа указания локали зависит от конкретного приложения и задач, стоящих перед ним.

Внутренняя маршрутизация

Итак, мы добрались до корневого узла нашего API (или одного из его компонентов). Все дальнейшие маршруты будут проходить уже непосредственно внутри вашего серверного приложения, в соответствии с поддерживаемым им набором ресурсов.

Пути к коллекциям

Для указания пути к коллекции мы просто используем название соответствующей сущности, например, если это список пользователей, то путь будет таким /users . К коллекции как таковой применимы два метода: GET (получение лимитированного списка сущностей) и POST (создание нового элемента). В запросах на получение списков мы можем использовать множество дополнительных GET параметров, применяемых для постраничного вывода, сортировки, фильтрации, поиска etc, но они должны быть опциональными, т.е. эти параметры не должны передаваться как часть пути!

Элементы коллекции

Для обращения к конкретному элементу коллекции мы используем в маршруте его уникальный идентификатор /users/25 . Это и есть уникальный путь к нему. Для работы с объектом применимы методы GET (получение объекта), PUT/PATCH (изменение) и DELETE (удаление).

Уникальные объекты

Во множестве сервисов существуют уникальные для текущего пользователя объекты, например профиль текущего пользователя /profile , или персональные настройки /settings . Разумеется, с одной стороны, это элементы одной из коллекций, но они являются отправной точкой в использовании нашего Web API клиентским приложением, и к тому же позволяют намного более широкий спектр операций над данными. При этом коллекция, хранящая пользовательские настройки может быть вообще недоступна из соображений безопасности и конфиденциальности данных.

Свойства объектов и коллекций

Для того, чтобы добраться до любого из свойств объекта напрямую, достаточно добавить к пути до объекта имя свойства, например получить имя пользователя /users/25/name . К свойству применимы методы GET (получение значения) и PUT/PATCH (изменение значения). Метод DELETE не применим, т.к. свойство является структурной частью объекта, как формализованной единицы данных.

В предыдущей части мы говорили о том, что у коллекций, как и у объектов, могут быть собственные свойства. На моей памяти мне пригодилось только свойство count, но ваше приложение может быть более сложным и специфичным. Пути к свойствам коллекций строятся по тому же принципу, что и к свойствам их элементов: /users/count . Для свойств коллекций применим только метод GET (получение свойства), т.к. коллекция – это только интерфейс для доступа к списку.

Коллекции связанных объектов

Одной из разновидностей свойств объектов могут быть связанные объекты или коллекции связанных объектов. Такие сущности, как правило, не являются собственным свойством объекта, а лишь отсылками к его связям с другими сущностями. Например, перечень ролей, которые были присвоены пользователю /users/25/roles . По поводу работы с вложенными объектами и коллекциями мы подробно поговорим в одной из следующих частей, а на данном этапе нам достаточно того, что мы имеем возможность обращаться к ним напрямую, как к любому другому свойству объекта.

Функции объектов и коллекций

Для построения пути к интерфейсу вызова функции у коллекции или объекта мы используем тот же самый подход, что и для обращения к свойству. Например, для объекта /users/25/sendPasswordReminder или коллекции /users/disableUnconfirmed . Для вызовов функций мы в любом случае используем метод POST. Почему? Напомню, что в классическом REST не существует специального глагола для вызова функций, а потому нам придется использовать один из существующих. На мой взгляд, для этого больше всего подходит метод POST т.к. он позволяет передавать на сервер необходимые аргументы, не является идемпотентным (возвращающим один и тот же результат при многократном обращении) и наиболее абстрактен по семантике.

Надеюсь, что все более-менее уложилось в систему 🙂 В следующей части мы поговорим подробнее о запросах и ответах, их форматах, кодах статусов.

Приближение третье: Запросы и ответы

В предыдущих приближениях я рассказал о том, как пришла идея собрать и обобщить имеющийся опыт разработки web API. В первой части я постарался описать, с какими видами ресурсов и операций над ними мы имеем дело при проектировании web API. Во второй части были затронуты вопросы построения уникальных URL для обращения к этим ресурсам. А в этом приближении я попробую описать возможные варианты запросов и ответов.

Универсальный ответ

Мы уже проговаривали, что конкретный формат общения сервера с клиентом может быть любым на усмотрение разработчика. Для меня наиболее удобным и наглядным кажется формат JSON, хотя в реальном приложении может быть реализована поддержка нескольких форматов. Сейчас же сосредоточимся на структуре и необходимых атрибутах объекта ответа. Да, все данные, возвращаемые сервером, мы будем оборачивать в специальный контейнер - универсальный объект ответа , который будет содержать всю необходимую сервисную информацию для его дальнейшей обработки. Итак, что это за информация:

Success - маркер успешности выполнения запроса

Для того, чтобы при получении ответа от сервера сразу понять, увенчался ли запрос успехом, и передать его соответствующему обработчику, достаточно использовать маркер успешности «success». Самый простой ответ сервера, не содержащий никаких данных, будет выглядеть так:

POST /api/v1/articles/22/publish { "success": true }

Error - сведения об ошибке

В случае, если выполнение запроса завершилось неудачей - о причинах и разновидностях отрицательных ответов сервера поговорим чуть позже, - к ответу добавляется атрибут «error», содержащий в себе HTTP-код статуса и текст сообщения об ошибке. Прошу не путать с сообщениями об ошибках валидации данных для конкретных полей. Правильнее всего, на мой взгляд, возвращать код статуса и в заголовке ответа, но я встречал и другой подход - в заголовке всегда возвращать статус 200 (успех), а детали и возможные данные об ошибках передавать в теле ответа.

GET /api/v1/user { "success": false, "error": { "code" : 401, "message" : "Authorization failed" } }

Data - данные, возвращаемые сервером

Большинство ответов сервера призваны возвращать данные. В зависимости от типа запроса и его успеха ожидаемый набор данных будет разным, тем не менее атрибут«data» будет присутствовать в подавляющем большинстве ответов.

Пример возвращаемых данных в случае успеха. В данном случае ответ содержит запрашиваемый объект user.

GET /api/v1/user { "success": true, "data": { "id" : 125, "email" : "[email protected]", "name" : "John", "surname" : "Smith", } }

Пример возвращаемых данных в случае ошибки. В данном случае содержит имена полей и сообщения об ошибках валидации.

PUT /api/v1/user { "success": false, "error": { "code" : 422, "message" : "Validation failed" } "data": { "email" : "Email could not be blank.", } }

Pagination - сведения, необходимые для организации постраничной навигации

Помимо собственно данных, в ответах, возвращающих набор элементов коллекции , обязательно должна присутствовать информация о постраничной навигации (пагинации) по результатам запроса.

Минимальный набор значений для пагинации состоит из:

• общего числа записей;
• числа страниц;
• номера текущей страницы;
• числа записей на странице;
• максимального числа записей на странице, поддерживаемого серверной стороной.

Некоторые разработчики web API также включают в пагинацию набор готовых ссылок на соседние страницы, а также первую, последнюю и текущую.

GET /api/v1/articles Response: { "success": true, "data": [ { "id" : 1, "title" : "Interesting thing", }, { "id" : 2, "title" : "Boring text", } ], "pagination": { "totalRecords" : 2, "totalPages" : 1, "currentPage" : 1, "perPage" : 20, "maxPerPage" : 100, } }

Работа над ошибками

Как уже упоминалось выше, не все запросы к web API завершаются успехом, но это тоже часть игры. Система информирования об ошибках является мощным инструментом, облегчающим работу клиента и направляющим клиентское приложение по правильному пути. Слово «ошибка» в этом контексте не совсем уместно. Здесь больше подойдёт слово исключение , так как на самом деле запрос успешно получен, проанализирован, и на него возвращается адекватный ответ, объясняющий, почему запрос не может быть выполнен.

Каковы же потенциальные причины получаемых исключений?

500 Internal server error - всё сломалось, но мы скоро починим

Это как раз тот случай, когда проблема произошла на стороне самого сервера, и клиентскому приложению остаётся только вздохнуть и уведомить пользователя о том, что сервер устал и прилёг отдохнуть. Например, утеряно соединение с базой данных или в коде завелся баг.

400 Bad request - а теперь у вас всё сломалось

Ответ прямо противоположный предыдущему. Возвращается в тех случаях, когда клиентское приложение отправляет запрос, который в принципе не может быть корректно обработан, не содержит обязательных параметров или имеет синтаксические ошибки. Обычно это лечится повторным прочтением документации к web API.

401 Unauthorized - незнакомец, назови себя

Для доступа к этому ресурсу требуется авторизация. Разумеется, наличие авторизации не гарантирует того, что ресурс станет доступным, но не авторизовавшись, вы точно этого не узнаете. Возникает, например, при попытке обратиться к закрытой части API или при истечении срока действия текущего токена.

403 Forbidden - вам сюда нельзя

Запрашиваемый ресурс существует, но у пользователя недостаточно прав на его просмотр или модификацию.

404 Not found - по этому адресу никто не живёт

Такой ответ возвращается, как правило, в трёх случаях: путь к ресурсу неверен (ошибочен), запрашиваемый ресурс был удалён и перестал существовать, права текущего пользователя не позволяют ему знать о существовании запрашиваемого ресурса. Например, пока просматривали список товаров, один из них внезапно вышел из моды и был удалён.

405 Method not allowed - нельзя такое делать

Эта разновидность исключения напрямую связана с использованным при запросе глаголом (GET, PUT, POST, DELETE), который, в свою очередь, свидетельствует о действии, которое мы пытаемся совершить с ресурсом. Если запрошенный ресурс не поддерживает указанное действие, сервер говорит об этом прямо.

422 Unprocessable entity - исправьте и пришлите снова

Одно из самых полезных исключений. Возвращается каждый раз, когда в данных запроса существуют логические ошибки. Под данными запроса мы подразумеваем либо набор параметров и соответствующих им значений, переданных методом GET, либо поля объекта, передаваемого в теле запроса методами POST, PUT и DELETE. Если данные не прошли валидацию, сервер в секции «data» возвращает отчет о том, какие именно параметры невалидны и почему.

Протокол HTTP поддерживает намного большее число различных статус-кодов на все случаи жизни, но на практике они используются редко и в контексте web API не несут практической пользы. На моей памяти мне не приходилось выходить за пределы вышеперечисленного списка исключений.

Запросы

Получение элементов коллекции

Одним из наиболее частотных запросов является запрос на получение элементов коллекции. Информационные ленты, списки товаров, различные информационные и статистические таблицы и многое другое клиентское приложение отображает посредством обращения к коллекционным ресурсам. Для осуществления этого запроса мы обращаемся к коллекции, используя метод GET и передавая в строке запроса дополнительные параметры. Как мы уже обозначили выше, в качестве ответа мы ожидаем получить массив однородных элементов коллекции и информацию, необходимую для пагинации - подгрузки продолжения списка или же конкретной его страницы. Содержимое выборки может быть особым способом ограничено и отсортировано с помощью передачи дополнительных параметров. О них и пойдёт речь далее.

Постраничная навигация

page - параметр указывает на то, какая страница должна быть отображена. Если этот параметр не передан, то отображается первая страница. Из первого же успешного ответа сервера будет ясно, сколько страниц имеет коллекция при текущих параметрах фильтрации. Если значение превышает максимальное число страниц, то разумнее всего вернуть ошибку 404 Not found .

GET /api/v1/news?page=1

perPage - указывает на желаемое число элементов на странице. Как правило, API имеет собственное значение по умолчанию, которое возвращает в качестве поля perPage в секции pagination, но в ряде случаев позволяет увеличивать это значение до разумных пределов, предоставив максимальное значение maxPerPage:

GET /api/v1/news?perPage=100

Сортировка результатов

Зачастую результаты выборки требуется упорядочить по возрастанию или убыванию значений определенных полей, которые поддерживают сравнительную (для числовых полей) или алфавитную (для строковых полей) сортировку. Например, нам нужно упорядочить список пользователей по имени или товары по цене. Помимо этого мы можем задать направление сортировки от A до Я или в обратном направлении, причём разное для разных полей.

sortBy - существует несколько подходов к передаче данных о сложной сортировке в GET параметрах. Здесь необходимо четко указать порядок сортировки и направление.

В некоторых API это предлагается сделать в виде строки:

GET /api/v1/products?sortBy=name.desc,price.asc

В других вариантах предлагается использовать массив:

GET /api/v1/products? sortBy=name& sortBy=desc& sortBy=price& sortBy=asc

В целом оба варианта равносильны, так как передают одни и те же инструкции. На мой взгляд, вариант с массивом более универсален, но тут, как говорится, на вкус и цвет…

Простая фильтрация по значению

Для того, чтобы отфильтровать выборку по значению какого либо поля, в большинстве случаев достаточно передать в качестве фильтрующего параметра имя поля и требуемое значение. Например, мы хотим отфильтровать статьи по ID автора:

GET /api/v1/articles?authorId=25

Усложнённые варианты фильтрации

Многие интерфейсы требуют более сложной системы фильтрации и поиска. Перечислю основные и наиболее часто встречаемые варианты фильтрации.

Фильтрация по верхней и нижней границе с использованием операторов сравнения from (больше или равно), higher (больше), to (меньше или равно), lower (меньше). Применяется к полям, значения которых поддаются ранжированию.

GET /api/v1/products?price=500&price=1000

Фильтрация по нескольким возможным значениям из списка. Применяется к полям, набор возможных значений которых ограничен, например, фильтр по нескольким статусам:

GET /api/v1/products?status=1&status=2

Фильтрация по частичному совпадению строки. Применяется к полям, содержащим текстовые данные или данные, которые могут быть приравнены к текстовым, например, числовые артикулы товаров, номера телефонов и т. д.

GET /api/v1/users?name=John GET /api/v1/products?code=123

Именованные фильтры

В некоторых случаях, когда определенные наборы фильтрационных параметров часто употребимы и подразумеваются системой как нечто целостное, особенно если затрагивают внутреннюю, зачастую сложную механику формирования выборки, целесообразно сгруппировать их в так называемые именованные фильтры. Достаточно передать в запросе имя фильтра, и система построит выборку автоматически.

GET /api/v1/products?filters=recommended

Именованные фильтры могут также иметь свои параметры.

GET /api/v1/products?filters=kidds

В этом подразделе я постарался рассказать о наиболее популярных вариантах и способах получения требуемой выборки. Скорее всего, в вашей практике наберется намного больше примеров и нюансов касаемо этой темы. Если у вас есть, чем дополнить мой материал, я буду только рад. Тем временем пост уже разросся до солидных масштабов, так что другие виды запросов мы разберём в следующем приближении.

]. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Среди многоуровневой архитектуры клиент-сервер наиболее распространена трехуровневая архитектура ( трехзвенная архитектура , three- tier ), предполагающая наличие следующих компонентов приложения: клиентское приложение (обычно говорят "тонкий клиент" или терминал ), подключенное к серверу приложений , который в свою очередь подключен к серверу базы данных [ , ].

рис. 5.4 .

Рис. 5.4. Представление многоуровневой архитектуры "клиент-сервер"

• Терминал – это интерфейсный (обычно графический) компонент, который представляет первый уровень, собственно приложение для конечного пользователя. Первый уровень не должен иметь прямых связей с базой данных (по требованиям безопасности), быть нагруженным основной бизнес-логикой (по требованиям масштабируемости) и хранить состояние приложения (по требованиям надежности). На первый уровень может быть вынесена и обычно выносится простейшая бизнес-логика: интерфейс авторизации, алгоритмы шифрования, проверка вводимых значений на допустимость и соответствие формату, несложные операции (сортировка, группировка, подсчет значений) с данными, уже загруженными на терминал .
• Сервер приложений располагается на втором уровне. На втором уровне сосредоточена большая часть бизнес-логики. Вне его остаются фрагменты, экспортируемые на терминалы , а также погруженные в третий уровень хранимые процедуры и триггеры.
• Сервер базы данных обеспечивает хранение данных и выносится на третий уровень. Обычно это стандартная реляционная или объектно-ориентированная СУБД. Если третий уровень представляет собой базу данных вместе с хранимыми процедурами, триггерами и схемой, описывающей приложение в терминах реляционной модели, то второй уровень строится как программный интерфейс, связывающий клиентские компоненты с прикладной логикой базы данных.

В простейшей конфигурации физически сервер приложений может быть совмещен с сервером базы данных на одном компьютере, к которому по сети подключается один или несколько терминалов .

В "правильной" (с точки зрения безопасности, надежности, масштабирования) конфигурации сервер базы данных находится на выделенном компьютере (или кластере), к которому по сети подключены один или несколько серверов приложений , к которым, в свою очередь, по сети подключаются терминалы .

Плюсами данной архитектуры являются [ , , , ]:

• клиентское ПО не нуждается в администрировании;
• масштабируемость;
• конфигурируемость – изолированность уровней друг от друга позволяет быстро и простыми средствами переконфигурировать систему при возникновении сбоев или при плановом обслуживании на одном из уровней;
• высокая безопасность;
• высокая надежность;
• низкие требования к скорости канала (сети) между терминалами и сервером приложений ;
• низкие требования к производительности и техническим характеристикам терминалов , как следствие снижение их стоимости.

• растет сложность серверной части и, как следствие, затраты на администрирование и обслуживание;
• более высокая сложность создания приложений;
• сложнее в разворачивании и администрировании;
• высокие требования к производительности серверов приложений и сервера базы данных , а, значит, и высокая стоимость серверного оборудования;
• высокие требования к скорости канала (сети) между сервером базы данных и серверами приложений .

1. Представление;
2. Уровень представления;
3. Уровень логики;
4. Уровень данных;
5. Данные.

Рис. 5.5. Пять уровней многозвенной архитектуры "клиент-сервер"

К представлению относится вся информация, непосредственно отображаемая пользователю: сгенерированные html-страницы, таблицы стилей, изображения.

Уровень представления охватывает все, что имеет отношение к общению пользователя с системой. К главным функциям слоя представления относятся отображение информации и интерпретация вводимых пользователем команд с преобразованием их в соответствующие операции в контексте логики и данных.

Уровень логики содержит основные функции системы, предназначенные для достижения поставленной перед ним цели. К таким функциям относятся вычисления на основе вводимых и хранимых данных, проверка всех элементов данных и обработка команд, поступающих от слоя представления, а также передача информации уровню данных.

Уровень доступа к данным – это подмножество функций, обеспечивающих взаимодействие со сторонними системами, которые выполняют задания в интересах приложения.

Данные системы обычно хранятся в базе данных.

5.1.6. Архитектура распределенных систем

Такой тип систем является более сложным с точки зрения организации системы. Суть распределенной системы заключается в том, чтобы хранить локальные копии важных данных .

Схематически такую архитектуру можно представить, как показано на рис. 5.6 .

Рис. 5.6.

Более 95 % данных, используемых в управлении предприятием, могут быть размещены на одном персональном компьютере, обеспечив возможность его независимой работы . Поток исправлений и дополнений, создаваемый на этом компьютере, ничтожен по сравнению с объемом данных, используемых при этом. Поэтому если хранить непрерывно используемые данные на самих компьютерах, и организовать обмен между ними исправлениями и дополнениями к хранящимся данным, то суммарный передаваемый трафик резко снизится. Это позволяет понизить требования к каналам связи между компьютерами и чаще использовать асинхронную связь, и благодаря этому создавать надежно функционирующие распределенные информационные системы, использующие для связи отдельных элементов неустойчивую связь типа Интернета, мобильную связь, коммерческие спутниковые каналы. А минимизация трафика между элементами сделает вполне доступной стоимость эксплуатации такой связи. Конечно, реализация такой системы не элементарна, и требует решения ряда проблем, одна из которых своевременная синхронизация данных.

Каждый АРМ независим, содержит только ту информацию, с которой должен работать, а актуальность данных во всей системе обеспечивается благодаря непрерывному обмену сообщениями с другими АРМами. Обмен сообщениями между АРМами может быть реализован различными способами, от отправки данных по электронной почте до передачи данных по сетям.

Как правило, компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер...). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находиться как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

Основной принцип технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций приложения на три группы:

· ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);

· прикладные функции, характерные для данной предметной области;

· функции управления ресурсами (файловой системой, базой данных и т.д.)

Поэтому, в любом приложении выделяются следующие компоненты:

· компонент представления данных

· прикладной компонент

· компонент управления ресурсом

Связь между компонентами осуществляется по определенным правилам, которые называют "протокол взаимодействия".

5.1.2. Модели взаимодействия клиент-сервер

Компанией Gartner Group, специализирующейся в области исследования информационных технологий, предложена следующая классификация двухзвенных моделей взаимодействия клиент-сервер (двухзвенными эти модели называются потому, что три компонента приложения различным образом распределяются между двумя узлами):

Исторически первой появилась модель распределенного представления данных, которая реализовывалась на универсальной ЭВМ с подключенными к ней неинтеллектуальными терминалами. Управление данными и взаимодействие с пользователем при этом объединялись в одной программе, на терминал передавалась только "картинка", сформированная на центральном компьютере.

Затем, с появлением персональных компьютеров (ПК) и локальных сетей, были реализованы модели доступа к удаленной базе данных. Некоторое время базовой для сетей ПК была архитектура файлового сервера. При этом один из компьютеров является файловым сервером, на клиентах выполняются приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент (СУБД и прикладная программа). Протокол обмена при этом представляет набор низкоуровневых вызовов операций файловой системы. Такая архитектура, реализуемая, как правило, с помощью персональных СУБД, имеет очевидные недостатки - высокий сетевой трафик и отсутствие унифицированного доступа к ресурсам.

С появлением первых специализированных серверов баз данных появилась возможность другой реализации модели доступа к удаленной базе данных. В этом случае ядро СУБД функционирует на сервере, протокол обмена обеспечивается с помощью языка SQL. Такой подход по сравнению с файловым сервером ведет к уменьшению загрузки сети и унификации интерфейса "клиент-сервер". Однако, сетевой трафик остается достаточно высоким, кроме того, по-прежнему невозможно удовлетворительное администрирование приложений, поскольку в одной программе совмещаются различные функции.

Позже была разработана концепция активного сервера, который использовал механизм хранимых процедур. Это позволило часть прикладного компонента перенести на сервер (модель распределенного приложения). Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, что и SQL-сервер. Преимущества такого подхода: возможно централизованное администрирование прикладных функций, значительно снижается сетевой трафик (т.к. передаются не SQL-запросы, а вызовы хранимых процедур). Недостаток - ограниченность средств разработки хранимых процедур по сравнению с языками общего назначения (C и Pascal).

На практике сейчас обычно используются смешанный подход:

· простейшие прикладные функции выполняются хранимыми процедурами на сервере

· более сложные функции реализуются на клиенте непосредственно в прикладной программе

Сейчас ряд поставщиков коммерческих СУБД объявило о планах реализации механизмов выполнения хранимых процедур с использованием языка Java. Это соответствует концепции "тонкого клиента", функцией которого остается только отображение данных (модель удаленного представления данных).

В последнее время также наблюдается тенденция использования модели распределенного приложения. Характерной чертой таких приложений является логическое разделение приложения на две и более частей, каждая из которых может выполняться на отдельном компьютере. Выделенные части приложения взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями в заранее согласованном формате. В этом случае двухзвенная архитектура клиент-сервер становится трехзвенной, а к некоторых случаях, она может включать и больше звеньев.

5.1.3. Мониторы транзакций

В том случае, когда информационная система объединяет достаточно большое количество различных информационных ресурсов и серверов приложений, встает вопрос об оптимальном управлении всеми ее компонентами. В этом случае используют специализированные средства - мониторы обработки транзакций (часто их называют просто "мониторы транзакций"). При этом понятие транзакции расширяется по сравнению с известным в теории баз данных. В данном случае это не атомарное действие над базой данных, а любое действие в системе - выдача сообщения, запись в индексный файл, печать отчета и т.д.

Для общения прикладной программы с монитором транзакций используется специализированный API (Application Program Interface - интерфейс прикладного программирования), который реализуется в виде библиотеки, содержащей вызовы основных функций (установить соединение, вызвать определенный сервис и т.д.). Серверы приложений (сервисы) также создаются с помощью этого API, каждому сервису присваивается уникальное имя. Монитор транзакций, получив запрос от прикладной программы, передает ее вызов соответствующему сервису (если тот не запущен, порождается необходимый процесс), после обработки запроса сервером приложений возвращает результаты клиенту. Для взаимодействия мониторов транзакций с серверами баз данных разработан протокол XA. Наличие такого унифицированного интерфейса позволяет использовать в рамках одного приложения несколько различных СУБД.

Использование мониторов транзакций в больших системах дает следующие преимущества:

· Концентрация всех прикладных функций на сервере приложений обеспечивает значительную независимость как от реализации интерфейса с пользователем, так и от конкретного способа управления ресурсами. При этом также обеспечивается централизованное администрирование приложений, поскольку все приложение находится в одном месте, а не "размазано" по сети по клиентским рабочим местам.

· Монитор транзакций в состоянии сам запускать и останавливать серверы приложений. В зависимости от загрузки сети и вычислительных ресурсов он может перенести или скопировать часть серверных процессов на другие узлы. Это обеспечивает достижение баланса загрузки.

· Обеспечивается динамическая конфигурация системы, т.е. без ее остановки может быть добавлен новый сервер ресурсов или сервер приложений.

· Повышается надежность системы, т.к. в случае сбоев сервер приложений может быть перемещен на резервный компьютер.

· Появляется возможность управления распределенными базами данных (подробнее см. следующий параграф).

5.2. Обработка распределенных данных

В современном бизнесе очень часто возникает необходимость предоставить доступ к одним и тем же данным группам пользователей, территориально удаленным друг от друга. В качестве примера можно привести банк, имеющий несколько отделений. Эти отделения могут находиться в разных городах, странах или даже на разных континентах, тем не менее необходимо организовать обработку финансовых транзакций (перемещение денег по счетам) между отделениями. Результаты финансовых операций должны быть видны одновременно во всех отделениях.

Существуют два подхода к организации обработки распределенных данных.

1. Технология распределенной базы данных. Такая база включает фрагменты данных, расположенные на различных узлах сети. С точки зрения пользователей она выглядит так, как будто все данные хранятся в одном месте. Естественно, такая схема предъявляет жесткие требования к производительности и надежности каналов связи.

2. Технология тиражирования. В этом случае в каждом узле сети дублируются данные всех компьютеров. При этом:

· передаются только операции изменения данных, а не сами данные

· передача может быть асинхронной (неодновременной для разных узлов)

· данные располагаются там, где обрабатываются

Это позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи, более того при выходе из строя линии связи какого-либо компьютера, пользователи других узлов могут продолжать работу. Однако при этом допускается неодинаковое состояние базы данных для различных пользователей в один и тот же момент времени. Следовательно, невозможно исключить конфликты между двумя копиями одной и той же записи.