Характеристика распределенной обработки данных

Одной из важнейших сетевых технологий является распределенная обработка данных.

Персональные компьютеры стоят на рабочих местах, т.е. на местах возникновения и использования информации. Они соединены каналами связи. Это дало возможность распределить их ресурсы по отдельным функциональным сферам деятельности и изменить технологию обработки данных в направлении децентрализации.

Распределенная обработка данных заключается в том, что пользователь и его прикладные программы (приложения) получают возможность работать со средствами, расположенными в рассредоточенных узлах сетевой системы.

Системы, имеющие программы распределенной среды, включают компьютеры, называемые серверами и клиентами. Каждый сервер имеет свою группу клиентов.

Программное обеспечение сетевой среды обслуживается и поддерживается сетевыми операционными системами. В роли сервера выступает главный, более мощный компьютер.

Распределенная среда требует организации распределенной базы данных и такого инструментария, как распределенная система управления базой данных (РСУБД).

Распределенная обработка данных позволила повысить эффективность удовлетворения изменяющейся информационной потребности информационного работника и тем самым обеспечить гибкость принимаемых им решений.

Преимущества распределенной обработки данных:

■ большое число взаимодействующих между собой пользователей, выполняющих функции сбора, регистрации, хранения, передачи и выдачи информации;

■ снятие пиковых нагрузок с централизованной базы путем распределения обработки и хранения локальных баз данных на разных ЭВМ;

■ обеспечение доступа информационного работника к вычислительным ресурсам сети ЭВМ;

■ обеспечение симметричного обмена данными между удаленными пользователями.

Введение классификации моделей представления данных на иерархические, сетевые и реляционные отразилось на архитектуре систем управления базами данных и технологии их обработки. Архитектура СУБД описывает ее функционирование как взаимодействие процессов двух типов: клиента и сервера.

Распределенная обработка и распределенная база данных не синонимы.

Если при распределенной обработке производится работа с базой, то подразумевается, что представление данных, их содержательная обработка, работа с базой на логическом уровне выполняются на персональном компьютере клиента, а поддержание базы в актуальном состоянии — на сервере.

В случае использования распределенной базы данных последняя размещается на нескольких серверах. Работа с ней осуществляется на тех же персональных компьютерах или на других, и для доступа к удаленным данным надо использовать сетевую СУБД.

Организация обработки данных зависит от способа их распределения. Существуют централизованный, децентрализованный и смешанный способы распределения данных.

Централизованная организация данных. На одном сервере находится единственная копия базы данных. Все операции с базой данных обеспечиваются этим сервером. Доступ к данным выполняется с помощью удаленного запроса или удаленной транзакции.

Достоинством такого способа является легкая поддержка базы данных в актуальном состоянии, а недостатком — то, что размер базы ограничен размером внешней памяти; все запросы направляются к единственному серверу с соответствующими затратами на стоимость связи и временную задержку. Отсюда - ограничение на параллельную обработку.

Централизованная организация данных

Децентрализованная организация данных предполагает разбиение информационной базы на несколько физически распределенных.

Каждый клиент пользуется своей базой данных, которая может быть либо частью об-щей информационной базы (Рис. 2), либо копией информационной базы в целом (Рис. 2), что приводит к ее дублированию для каждого клиента.

Децентрализованная обработка данных

При распределении данных на основе разбиения база данных размещается на нескольких серверах. Существование копий отдельных частей недопустимо.

Достоинства этого метода: большинство запросов удовлетворяются локальными базами, что сокращает время ответа; увеличиваются доступность данных и надежность их хранения; стоимость запросов на выборку и обновление снижается по сравнению с централизованным распределением; система останется частично работоспособной, если выйдет из строя один сервер.

Имеются и недостатки: часть удаленных запросов или транзакций может потребовать доступ ко всем серверам, что увеличивает время ожидания и цену обслуживания; необходимо иметь сведения о размещении данных в различных БД. Однако доступность и надежность увеличатся.

Расчлененные базы данных наиболее подходят к случаю совместного использования локальных и глобальных сетей ЭВМ.

Способ дублирования заключается в том, что в каждом сервере сети ЭВМ размещается полная база данных. Это обеспечивает наибольшую надежность хранения данных. Недостатки способа: повышенные требования к объему внешней памяти; усложнение корректировки баз, так как требуется синхронизация в целях согласования копий. Достоинства — все запросы выполняются локально, что обеспечивает быстрый доступ. Данный способ используется, когда фактор надежности является критическим, база небольшая, интенсивность обновления невелика.

Смешанная организация хранения данных. Возможна и смешанная организация хранения данных, которая объединяет два способа распределения: разбиение и дублирование (Рис. 3), приобретая при этом и преимущества, и недостатки обоих способов.

Появляется необходимость хранить информацию о том, где находятся данные в сети. При этом достигается компромисс между объемом памяти под базу в целом и под базу в каждом сервере, чтобы обеспечить надежность и эффективность ее работы; легко реализуется параллельная обработка, т.е. обслуживание распределенного запроса, или транзакции.

Несмотря на гибкость смешанного способа организации данных, остается проблема взаимозависимости факторов, влияющих на производительность системы, проблема ее надежности и выполнения требований к памяти. Смешанный способ организации данных можно использовать лишь при наличии сетевой СУБД.

В базах данных коллективного пользования центральным технологическим звеном становятся серверы баз данных.

Смешанная система обработки данных

Программные средства серверов баз данных обеспечивают реализацию многопользовательских приложений, централизованное хранение, целостность и безопасность данных.

Производительность серверов баз данных на порядок выше по сравнению с файл-серверами, которые используются в локальных сетях.

Локальные вычислительные сети создавались для совместного использования дорогостоящего периферийного оборудования. Использование сервера баз данных обеспечило доступ многих пользователей к одним и тем же файлам. Это и стало предпосылкой создания сетевых СУБД.

Мощность сетевых СУБД, основанных на файл-сервере, в настоящее время недостаточна. В нагруженной сети неизбежно падает производительность, нарушаются безопасность и целостность данных. Проблема производительности возникла не потому, что процессоры 386нс обладают достаточной мощностью, а потому что файл-серверы реализуют принцип «все или ничего». Полные копии файлов базы перемещаются взад-вперед по сети. Проблемы с безопасностью, целостностью возникли из-за того, что с самого начала файл-серверы не были сконструированы с учетом сохранения целостности данных и их восстановления в случае аварии.

2. Технологии «клиент-сервер»

Характеристика технологии «клиент-сервер». «Клиент-сервер» - это модель взаимодействия компьютеров в сети.

Как правило, компьютеры в такой конфигурации не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет свою роль.

Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно- вычислительными ресурсами, такими, как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, базы данных. Другие же компьютеры имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь услугами первых.

Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им воспользоваться — клиентом (Рис. 4.).

Модель «Клиент-сервер»

Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, назначение которого - обслуживать запросы клиентов, связанные с обработкой данных в базах; если ресурс - файловая система, то говорят о файловом сервере, или файл-сервере, и т.д.

В сети один и тот же компьютер может выполнять роль как клиента, так и сервера (Рис. 5.). Например, в информационной системе, включающей персональные компьютеры, большую ЭВМ и мини-компьютер, последний может выступать как в качестве сервера базы данных, обслуживая запросы от клиентов - персональных компьютеров, так и в качестве клиента, направляя запросы большой ЭВМ.

Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть клиентами.

Обработка информации данных строится на использовании технологии баз и банков данных. В базе информация организована по определенным правилам и представляет собой интегрированную совокупность взаимосвязанных данных. Такая технология обеспечивает увеличение скорости их обработки при больших объемах.

Рис. 5. Трехуровневая модель «клиент-сервер»

Обработка данных на внутримашинном уровне представляет собой процесс выполнения последовательности операций, задаваемых алгоритмом. Технология обработки прошла длинный путь развития.

Сегодня обработка данных осуществляется компьютерами или их системами. Данные обрабатываются прикладными программами пользователей.

Первостепенное значение в системах управления организациями имеет обработка данных для нужд пользователей, и в первую очередь для пользователей верхнего уровня.

В процессе эволюции информационных технологий заметно стремление упростить и удешевить для пользователей компьютеры, их программное оснащение и процессы, выполняемые на них.

Одновременно с этим пользователи получают все более широкий и сложный сервис со стороны вычислительных систем и сетей, что приводит к появлению технологий, получивших название клиент-сервер.

Ограничение числа сложных абонентских систем в локальной сети приводит к появлению компьютеров в роли сервера и клиента.

Реализация технологий «клиент-сервер» может иметь различия в эффективности и стоимости информационно-вычислительных процессов, а также в уровнях программного и технического обеспечения, в механизме связей компонентов, в оперативности доступа к информации, ее многообразии и т.д.

Получение разнообразного и сложного сервиса, организованного в сервере, делает работу пользователей более производительной и стоит пользователям дешевле, чем сложное программно-техническое оснащение многих компьютеров-клиентов.

Технология клиент-сервер, как более мощная, заменила технологию файл-сервер. Она позволила совместить достоинства однопользовательских систем (высокий уровень диалоговой поддержки, дружественный интерфейс, низкая цена) с достоинствами более крупных компьютерных систем (поддержка целостности, защита данных, многозадачность).

В классическом понимании СУБД представляет собой набор программ, позволяющих создавать и поддерживать базу данных в актуальном состоянии. Функционально СУБД состоит из трех частей: ядра (базы данных), языка и инструментальных средств программирования.

Инструментальные средства программирования относятся к интерфейсу клиента, или внешнему интерфейсу. Они могут включать процессор обработки данных на языке запросов. Язык — это совокупность процедурных и непроцедурных команд, поддерживаемых СУБД. Наиболее употребительными языками являются SQL и QBE. Ядро выполняет все остальные функции, которые, включены в понятие «обработка базы данных».

Основная идея технологии клиент-сервер заключается в том, чтобы серверы расположить на мощных машинах, а приложения клиентов, использующих язык, — на менее мощных машинах. Тем самым будут задействованы ресурсы более мощного сервера и менее мощных машин клиентов.

Ввод-вывод к базе основан не на физическом дроблении данных, а на логическом, т.е. сервер отправляет клиентам не полную копию базы, а только логически необходимые пор­ции, тем самым сокращая трафик сети.

Трафик сети — это поток сообщений сети. В технологии клиент-сервер программы клиента и его запросы хранятся отдельно от СУБД.

Сервер обрабатывает запросы клиентов, выбирает необходимые данные из базы данных, посылает их клиентам по сети, производит обновление информации, обеспечивает целостность и сохранность данных.

Основные достоинства систем «клиент-сервер» состоят в следующем:

■ низкая нагрузка на сеть (рабочая станция посылает серверу базы данных запрос на поиск определенных данных, сервер сам осуществляет поиск и возвращает по сети только результат обработки запроса, т.е. одну или несколько записей);

■ высокая надежность (СУБД, основанные на технологии «клиент-сервер», поддержи­вают целостность транзакций и автоматическое восстановление при сбое);

■ гибкая настройка уровня прав пользователей (одним пользователям можно назна­чить только просмотр данных, другим просмотр и редактирование, третьи вообще не увидят каких-либо данных);

■ поддержка полей больших размеров (поддерживаются типы данных размер которых может измеряться сотнями килобайт и мегабайт).

Однако системам «клиент-сервер» присущи также и недостатки:

■ трудность администрирования, вследствие территориальной разобщенности и неоднородности компьютеров на рабочих местах;

■ недостаточная степень защиты информации от несанкционированных действий;

■ закрытый протокол для общения клиентов и сервера, специфичный для данной ин­формационной системы.

Для устранения указанных недостатков используется архитектура систем Интранет, сконцентрировавших и объединивших в себе лучшие качества централизованных систем и традиционных систем «клиент-сервер».