Любицкий Ю.В. Базы данных
Подождите немного. Документ загружается.
объектов (файлов) базы данных [ 2 ]. Например, на страницах, где содержатся
сведения о поставках товаров в магазин с конкретными названиями и
артикулами, может храниться информация о таких характеристиках этих
товаров, как производитель, поставщик, цена, цвет изделия и т. д. из другого
логического объекта. Такой принцип хранения данных может существенно
ускорить выполнение запросов, включающих критерии отбора для
характеристик, хранимых совместно, но он замедляет поиск информации для
всех других запросов. Поэтому кластеризация является оправданной, если к базе
данных наиболее часто выполняются запросы одного типа. При этом следует
иметь в виду, что одновременно можно реализовать только один вариант
кластеризации базы данных, так как речь идет о физическом хранении
информации.
4. Распределенная обработка данных
4.1. Режимы работы с базой данных
В зависимости от характера решаемых задач, обрабатываемой информации,
используемой СУБД, работа с базами данных может быть организована
различными способами (рис. 7):
Рис. 7. Режимы работы с базами данных [ 4 ]
41
Режим работы с БД
Однопользовательский
Многопользовательский
Последовательный Параллельный
С централизованной БД С распределенной БД
Если с базой данных, размещенной на автономном или входящем в состав
локальной вычислительной сети компьютере, в течение одного или нескольких
сеансов работает только один человек, такой режим называется
однопользовательским (монопольным).
В рамках последовательного многопользовательского режима к базе
данных имеют доступ несколько человек, которые сменяют друг друга в
процессе работы.
Параллельные режимы работы с базой данных предполагают, что с одной и
той же базой данных одновременно работают несколько пользователей.
Несмотря на очевидную простоту рассмотренных понятий, студенты часто
неправильно их интерпретируют, полагая, что сам факт одновременного
выполнения заданий с помощью СУБД MS Access во время лабораторных
занятий на компьютерах, включенных в локальную вычислительную сеть,
обеспечивает параллельный режим работы. При этом забывается, что каждый
пользователь работает со своей локальной базой данных, сохраняемой под
уникальным именем.
Для обеспечения надежной и качественной работы с базой данных в
монопольном и последовательном многопользовательском режимах обычно не
требуются сложные специальные методы и технологии. Необходимый результат
может быть достигнут с помощью простых организационных мер:
регламентации действий и ограничения полномочий отдельных пользователей,
внедрения детально разработанных инструкций о характере и
последовательности выполняемых действий и т. д.
Монопольный и последовательный многопользовательский режимы в
основном применяются для работы с небольшими, локальными базами данных
(учет поступления товаров в отдельный магазин, решение несложной научно-
исследовательской задачи и т. д.). Если база данных предназначена для
обеспечения деятельности даже небольших организаций, фирм, учреждений, с
высокой степенью вероятности можно ожидать, что она будет
эксплуатироваться в параллельном режиме.
Для понимания особенностей параллельного режима работы с базой данных
предварительно рассмотрим фундаментальные понятия клиент и сервер.
4.2. Архитектура «клиент-сервер»
42
Термины «клиент» и «сервер» изначально применялись для архитектуры
программного обеспечения, которое можно было разделить на два
вычислительных процесса. Клиентский процесс запрашивает некоторые услуги
у сервера, серверный процесс предоставляет эти услуги клиенту. Один сервер
может обслуживать несколько клиентов.
В дальнейшем, в связи с развитием вычислительных сетей, возникла
возможность распределения указанных задач между отдельными компьютерами.
Поэтому в настоящее время под клиентом и сервером обычно понимают разные
компьютеры, выполняющие эти задачи. По мнению К. Дж. Дейта, такое
понимание терминов «клиент» и «сервер» является небрежным, но очень
распространенным [ 2 ].
С позиций теории баз данных сервер – это собственно СУБД. Сервер
обеспечивает хранение и обработку данных, их защиту и целостность и т.д.
Клиенты представляют собой различные приложения, выполняемые «над»
СУБД. Они могут быть написаны непосредственно пользователями в процессе
работы с базой данных на одном из языков программирования (С++, Pascal и
т.д.) или являться встроенными приложениями, поставляемыми
производителями СУБД или другими организациями (процессоры языков
запросов, генераторы отчетов и приложений, графические бизнес-системы и т.
д.) [ 2 ].
Исходя из рассмотренных положений, архитектуру «клиент-сервер» можно
представить в следующем общем виде [ 2 ]:
Пользователи
Клиенты
Сервер
База данных
43
Приложения
СУБД
Рис. 8. Архитектура «клиент-сервер» [ 2 ]
Архитектура «клиент-сервер» имеет ряд достоинств:
1. БД может использоваться одновременно несколькими клиентами.
2. Работа с данными клиентом и сервером выполняется параллельно. В
результате процесс обработки данных существенно ускоряется.
3. Компьютер сервера может иметь большие вычислительные возможности,
что обеспечивает высокую производительность системы.
4. Компьютер клиента можно адаптировать к требованиям конкретного
конечного пользователя.
Основываясь на архитектуре «клиент-сервер», рассмотрим особенности
режимов работы с централизованной и распределенной базами данных.
Централизованная база данных
Централизованное хранение баз данных применяется уже несколько
десятилетий. База данных хранится на внешних устройствах центральной ЭВМ,
работающей под управлением многозадачной операционной системы.
Пользователи обращаются к базе данных с удаленных терминалов, часто не
имеющих собственных вычислительных ресурсов – процессора и памяти (рис.
9):
Пользователи
Клиенты
Сервер
44
Телекоммуникационная
вычислительная сеть
База данных
Рис. 9. Централизованная база данных [ 2 ]
Достоинствами этого режима являются простота эксплуатации системы и ее
относительная дешевизна. Недостатки – большая зависимость от качества
работы центрального узла и повышенные требования к его производительности.
Система параллельного доступа к базе данных, расположенной на одном
компьютере, нескольких пользователей называется системой
распределенной обработки данных.
Распределенная база данных
В рамках этого режима отдельные части базы данных распределяются между
различными компьютерами. При этом доступ к данным на любом компьютере
поддерживается всеми клиентами через телекоммуникационную
вычислительную сеть (рис. 10):
Пользователи Пользователи
Клиенты Клиенты
Сервер Сервер
База данных (часть 1) База данных (часть 2)
Пользователь
Клиенты
Сервер
45
Телекоммуникационная
вычислительная сеть
База данных (часть 3)
Рис. 10. Распределенная база данных [ 2 ]
В каждом узле системы функционируют собственные СУБД и программное
обеспечение. Следовательно, распределенную СУБД можно интерпретировать
как способ организации совместной работы отдельных локальных СУБД,
расположенных в различных узлах. При этом СУБД каждого узла должна иметь
средства, обеспечивающие пользователям и приложениям возможность работы
со всей базой данных.
Классифицируют гомогенные и гетерогенные распределенные базы данных
[ 12 ]. В гомогенных распределенных базах данных в узлах системы
используются СУБД одного типа, в гетерогенных – различных типов.
Рационально сохранять в каждом узле системы часть базы данных,
логически связанную с этим узлом. Например, база данных, созданная для
крупного производственного объединения, может состоять из фрагментов,
каждый из которых содержит информацию о работе отдельного подразделения,
цеха и т. д.
При такой организации работ увеличивается производительность обработки
информации, так как сведения, необходимые для обеспечения деятельности
подразделения или филиала предприятия, извлекаемые из базы данных наиболее
часто, хранятся в связанном с ним узле системы. Это позволяет экономить
ресурсы, поскольку обращение за данными к удаленным узлам происходит
значительно реже. Ликвидируется зависимость от центрального узла – при сбое
в отдельном узле системы целостность большей части базы данных сохраняется.
При работе с распределенной базой данных каждый компьютер является
клиентом для одних компьютеров и сервером для других. Клиент может
получить доступ к любому количеству серверов. Этот доступ может быть
одновременным к нескольким серверам или реализовываться последовательно
от сервера к серверу. Оптимальной является такая организация работы, когда от
выполняемого приложения скрыты механизмы функционирования системы и
создается впечатление, что обработка данных осуществляется одной СУБД,
работающей на одном компьютере. Пользователи и приложения должны
получать доступ к необходимым им данным, не имея информации о месте
расположения этих данных.
46
Система распределения базы данных по нескольким компьютерам,
расположенным в сети, с обеспечением возможности параллельного
доступа к ней нескольких пользователей, называется системой
распределенных баз данных.
При использовании в работе архитектуры «клиент-сервер» часто необходимо
решать проблему унифицированного доступа к данным, созданным различными
СУБД. Эта проблема решается с помощью стандартного интерфейса ODBC
(Open Database Connectivity).
На компьютере клиенте должна быть установлена операционная система с
интерфейсом ODBC. СУБД или приложение, обращающиеся к данным,
созданным в другой среде, получают к ним доступ с помощью вызова на языке
SQL стандартных функций интерфейса ODBC. При этом подключается
необходимый драйвер, соответствующий формату данных СУБД [ 15 ].
4.3. Модели «клиент-сервер»
Технологии работы с базами данных предусматривают выполнение
следующих основных функций:
1. Ввод и отображение данных.
2. Решение прикладных задач.
3. Управление информационными ресурсами (реализуется СУБД).
В зависимости от распределения перечисленных функций между клиентом и
сервером выделяют несколько различных моделей «клиент-сервер».
Модель удаленного управления данными (файлового сервера File Server , FS )
В этой модели все основные функции, включая управление
информационными ресурсами, выполняются клиентом, сервер обеспечивает
только доступ к файлам базы данных (рис. 11):
Клиент Сервер База данных
Файловые команды
Блоки данных
47
Ввод и отображение
данных
Решение прикладных
задач
СУБД
Система
управления
файлами
Рис. 11. Модель файлового сервера
В ситуациях, когда приложению необходимы данные для решения
выполняемой им задачи, оно обращается с запросом к системе управления
базами данных. СУБД переводит поступивший запрос в файловые команды.
Система управления файлами в соответствии с этими командами извлекает из
базы данных блоки информации и передает их для обработки клиенту. Если в
полученном блоке данных нет нужных приложению сведений, рассмотренная
процедура повторяется до тех пор, пока проблема не будет решена.
Модель файлового сервера может быть реализована с помощью сетевой
(предназначенной для работы в локальной вычислительной сети, ЛВС) или
несетевой СУБД.
Когда компьютер не подключен к сети, процесс обработки базы данных не
отличается от обычного режима работы на автономном компьютере. При работе
в ЛВС с несетевой СУБД, клиенту (в данной ситуации рабочей станции) с
сервера передаются один или несколько файлов базы данных для их
последующей обработки. По окончании работы файлы базы данных
возвращаются на сервер для согласования хранящейся в них информации.
Очевидно, что при совместной работе с базой данных нескольких пользователей
возможно нарушение целостности данных [ 15 ].
При использовании сетевых СУБД непосредственно их средствами
осуществляется контроль над непротиворечивостью изменений в базе данных.
Это достигается применением механизма блокировок, ограничивающего
возможности доступа пользователей к объектам базы данных (см. п. 4.4).
Основной недостаток модели файлового сервера заключается в большом
объеме данных, передаваемых по телекоммуникационной вычислительной сети.
При этом доля информации, необходимой для работы приложения, в этом
объеме может быть весьма незначительной.
Несмотря на отмеченные недостатки, модель файлового сервера положена в
основу архитектуры большинства настольных СУБД: MS Access, Paradox,
FoxPro и т. д.
Модель удаленного доступа к данным ( Remote Data Access , RDA )
В этой модели функции СУБД и выборки данных реализуются сервером,
клиент выполняет операции ввода и отображения данных и решает прикладные
задачи (рис. 12):
48
49
Клиент Сервер База данных
SQL запросы
Результаты запросов
Рис. 12. Модель удаленного доступа
В процессе работы клиент обращается к серверу с запросами на языке SQL
(Structured Query Language – язык структурированных запросов). Ответы на эти
запросы представляют собой не блоки данных большого объема, часто
включающие излишнюю информацию, а конкретные данные, необходимые
приложению для решения прикладной задачи.
В модели удаленного доступа к данным объемы информации, передаваемой
по сети, существенно меньше, чем в модели файлового сервера. Тем не менее
они могут оставаться довольно значительными. Другими недостатками
рассматриваемой модели являются сложность разработки, модернизации и
обслуживания системы, а также относительная пассивность сервера [ 4 ].
Модель сервера баз данных ( DataBase Server , DBS )
В этой модели, в отличие от модели удаленного доступа к данным, клиент
выполняет только функции ввода и отображения данных, прикладные функции
реализуются сервером с помощью хранимых процедур (см. рис. 13):
Клиент Сервер База данных
Вызов
хранимых процедур
Результаты
выполнения
процедур
Рис. 13. Модель сервера баз данных
50
Ввод и отображение
данных
Решение прикладных
задач
СУБД
Ввод и отображение
данных
Реализация
хранимых
процедур
СУБД