10.2. Классификация рБнД

При классификации РБнД будут рассмотрены только характерис­тики, присущие именно распределенным ИС. На рис. 10.1 приведена обобщенная схема классификации РБнД.

РБнД реализуются в компьютерных сетях, причем это могут быть как локальные, так и глобальные сети. Вид сети, используемые сете­вые операционные системы, безусловно, оказывают существенное вли­яние на проектирование и функционирование РБнД, но классифика­ция систем по этим признакам выходит за рамки данного учебника.

Как пояснялось при введении понятия РБнД, предполагается, что в РБнД базы данных могут быть как централизованными, так и рас­пределенными. В РБнД с распределенными базами данных исполь­зуются разные технологии распределения данных по узлам сети. Раз­личают подходы, основанные на фрагментации БД и на тиражирова­нии данных.

При использовании фрагментации единая логическая БД разби­вается по каким-либо признакам на составные части (фрагменты), хранящиеся в разных узлах сети.

В РБД могут использоваться разные типы фрагментации. По опе­рациям над таблицами различают горизонтальное, вертикальное и смешанное фрагментирование. Разбиение БД на фрагменты может проводиться по разным признакам. Наиболее часто используются следующие критерии разбиения: территориальный, функциональный, временной.

При использовании технологии тиражирования создаются и под­держиваются в согласованном состоянии копии всей БД или ее фраг­ментов в нескольких узлах сети. Копия базы данных, являющаяся членом набора других копий, которые могут быть синхронизированы между собой, называется репликой.

Технология тиражирования по характеру организации данных близка к применению локальных баз данных (так как каждый пользо­ватель использует собственную копию БД), но отличается от децент­рализованных систем по способу создания локальных копий и техно­логии поддержания целостности. Полностью децентрализованная система не предполагает использование специализированных про­граммно-технических средств, поддерживающих целостность БД.

При сравнении децентрализованных и распределенных систем (табл. 10.2) знаком «+» отмечены лучшие значения характеристики.

Таблица 10.2

Характеристика	Система
	децентрализованная	распределенная
Возможность совместного использования данных		+
Сложность используемых программных средств	+
Возможность централизованного обеспечения целостности данных		+
Сложность проектирования	+
Сложность поддержания безопасности	+
Гибкость и эффективность использования вычислительных ресурсов		+

В РБнД с централизованной БД (много клиентов/один сервер) проблемы управления базой данных решаются относительно просто, поскольку вся она хранится на одном сервере. Задачи, с которыми приходится здесь сталкиваться, - это блокировки при одновремен­ном обращении к данным, управление буферами клиентов и кэширо­вание данных. Управление данными реализуется централизованно на одном сервере.

В системах с распределенной базой данных и проектирование БД, и реализация запросов, и управление системой представляют собой более сложные задачи, но, с другой стороны, такие системы обеспе­чивают большую гибкость, надежность и быстродействие. В табл. 10.3 приведено сравнение централизованных и распределенных систем.

Таблица 10.3

Характеристика	Система
	централизованная	распределенная
Сложность используемых программных средств	+
Уязвимость БД		+
Потери на непроизводительные (накладные) расходы	+
Ограничение пропускной способности		+
Модульность, возможность расширения системы		+
Сложность проектирования	+
Сложность поддержания актуальности БД	+
Сложность поддержания целостности БД	+
Сложность поддержания безопасности	+
Возможность уменьшения сетевого трафика		+
Распределение рабочей нагрузки естественным образом на несколько компьютеров		+
Соотношение показателя «стоимость/ эффективность»		+
Требования к аппаратной платформе		+
Сложность администрирования	+

Используемые технологии распределения данных видоизменяют преимущества и недостатки этих систем. Так, одно из основных пре­имуществ баз данных, обусловленных интегрированным хранением данных, - сокращение степени дублирования - теряется при исполь­зовании технологии тиражирования. Но при этой технологии, в отли­чие от использования децентрализованных систем, сохраняются воз­можности контроля целостности данных для системы в целом.

При технологии фрагментации созданные фрагменты могут быть пересекающиеся и непересекающиеся. Наличие пересекающихся фраг­ментов делает схожей эту технологию с технологией тиражирования.

На выбор способа организации БД оказывают влияние следую­щие факторы:

• число пользователей;

• степень пересечения информационных потребностей пользова­телей;

• объем данных;

• квалификация персонала;

• ограничения (стоимость, время отклика, актуальность инфор­мации);

• наличие существующей системы обработки информации и ее характеристика.

Несмотря на то что при использовании распределенных систем используется более сложное и дорогое программное обеспечение, более совершенные технические средства, наибольшие затраты здесь приходятся на эксплуатационные расходы. По данным фирмы Microsoft¹⁴, структура затрат в централизованных и распределенных системах выглядит следующим образом:

• в централизованных системах около половины (48%) средств расходуется на аппаратное обеспечение, 14% составляют затраты на программное обеспечение и 28% - на поддержку системы;

• в распределенных системах основные затраты (77%) связаны с поддержкой системы, расходы на аппаратное обеспечение составля­ют 15%, а на программное обеспечение - только 6% общей стоимос­ти системы.

В распределенных системах расширяется состав и увеличивается объем метаинформации, повышается значимость ее эффективной организации. Могут использоваться разные способы организации метаинформации:

1. централизованный каталог;

2. полностью реплицированный каталог;

3. секционированный каталог;

4. комбинированный (1 и 3).

По способу взаимодействия функциональных компонентов раз­личают файл-серверную и клиент-серверную архитектуру РБнД. На рис. 10.2 представлена принципиальная схема обработки данных в архитектуре «файл-сервер». При использовании такой архитектурной модели основная обработка данных проводится на рабочей станции. Такая модель приводит к необходимости передачи больших объемов данных по сети, что увеличивает трафик, а это, в свою очередь, мо­жет привести к замедлению обработки данных, увеличению стоимо­сти, снижению надежности и другим недостаткам.

В системах с «клиент-серверной» архитектурой (рис. 10.3) основ­ная обработка данных проводится на сервере.

«Клиент-серверные» системы имеют следующие преимущества:

• снижение сетевого трафика за счет выполнения запросов на сервере;

• оптимизация выполнения запросов;

• возможность хранения бизнес-правил на сервере (ограничения целостности, хранимые процедуры, отражающие логику обработки);

• возможность использования CASE-средств для генерации кодов серверных объектов (триггеров, хранимых процедур, текстов SQL-запросов);

• управление пользовательскими привилегиями и правами доступа;

• широкие возможности резервного копирования и архивации данных.

Сравнительные характеристики технологий «файл-сервер» и «кли­ент-сервер» приведены в табл. 10.4.

Таблица 10.4

Характеристика	«Файл-сервер»	«Клиент-сервер»
Интенсивность сетевого трафика		+
Обеспечение целостности данных		+
Обеспечение безопасности данных		+
Устойчивость к сбоям		+
Сложность проектирования	+
Сложность эксплуатации системы	+
Ограничения на число пользователей		+

При обработке данных в сетевой среде выделяют следующие ос­новные группы выполняемых функций:

• презентационная логика (Presentation Layer - PL);

• бизнес-логика (Business Layer - BL);

• логика доступа к ресурсам (Access Layer - AL).

По характеру распределения функций между клиентом и серве­ром различают системы с тонким клиентом, толстым клиентом и системы с трехслойной (трехуровневой) архитектурой.

Модель с тонким клиентом стала активно использоваться в кор­поративной среде в связи с распространением интернет-технологий, и в первую очередь Web-браузеров. В этом случае клиентское прило­жение обеспечивает реализацию PL, а сервер объединяет BL и AL.

Модель с толстым клиентом наиболее часто встречается в уже внедренных и активно используемых системах. Такая модель подра­зумевает объединение в клиентском приложении как PL, так и BL. Серверная часть при описанном подходе представляет собой сервер баз данных, реализующий AL. К описанной модели часто применяют аббревиатуру RDA - Remote Data Access.

В модели с трехуровневой архитектурой физически выделяется «сервер бизнес-логики», на котором и выполняются пользовательс­кие приложения (блок BL).

Как видно из вышеизложенного, существует множество разнооб­разных технологий работы в распределенной среде.

Некоторые из них представляют собой реализацию на новом технологическом уровне ранее использовавшихся подходов к организа­ции обработки информации.

РБнД могут быть реализованы на однородных элементах (гомо­генные системы) или на разнородных (гетерогенные системы). По­скольку процесс создания информационной системы практически непрерывен, то обычно эти системы являются гетерогенными. Разно­родными могут быть ЭВМ, ОС, СУБД.

Для обеспечения возможности работы в разнородной среде ис­пользуются разнообразные категории программных средств:

• собственные сетевые драйверы (native software drivers);

• шлюзы (gateways);

• промежуточное программное обеспечение (middleware).