2433

6. МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ

6.1. Модель взаимодействия «клиент-сервер»

Любую РС принято рассматривать с позиций ее внутреннего устройства. В РС всегда есть компьютер, который распоряжается ресурсами системы – процессорами, файловой системой, почтовой службой, БД и др. Остальные компьютеры РС также могут использовать эти ресурсы. В РС, всегда можно выделить сервер и клиентов. Сервер выполняет сервисные задачи без непосредственного участия человека. Участие обслуживающего персонала требуется только при первичной настройке сервера, при его обслуживании и управлении в незапланированных случаях. Клиент – это аппаратный или программный компонент РС, посылающий запросы серверу.

Сервер можно охарактеризовать видом ресурса, находящимся в его распоряжении. Если ресурс – БД, то говорят о сервере баз данных, предназначенном для обслуживания запросов, связанных с обработкой информации из БД. Если ресурс представляет собой файловую систему, то говорят о файловом сервере (в литературе используется синоним - файл-сервер) и т. д. Поэтому же правилу классифицируется взаимодействие процессов. Процесс является сервером, если он предназначен для реализации функций обслуживания других процессов. Процессы, пользующиеся этими услугами, называюся клиентами.

Структурно модель клиент-сервер представлена на рис. 4. Предполагается, что обмен информацией может быть синхронным или асинхронным. В случае, когда клиент ожидает завершения обработки своего запроса серверной сторо-

ной, имеем синхронное взаимодействие. Асинхронное вза-

имодействие предполагает, что после посылки сообщения с запросом клиент не ожидает ответа сервера и продолжает свою работу.

40

сторона клиента обеспечивает выполнение прикладных функций, а прикладной компонент и компонент представления представляют собой единое целое. В DBS-модели ядро СУБД обеспечивает выполнение прикладных функций. Компонент доступа к БД и прикладной компонент представляют собой единое целое.

Рассмотренные выше классы двухзвенных системы относят к РС условно. Представители этих классов считаются простейшими РС.

Дальнейшим развитием двухзвенных моделей являются трехзвенные. Рис. 7 структурно представляет такую модель РС. Она имеет свое название – AS-модель. Рисунок показывает, что процесс, осуществляющий ввод и отображение данных, выполняется на компьютере-клиенте, а процессы, реализующие прикладные функции, – на стороне сервера. Группу процессов, реализующих прикладные функции, называют серверами приложений. Серверы приложений размещаются на одном или нескольких удаленных компьютерах. Доступ к информационным ресурсам осуществляется так же, как и аналогично RDA-модели.

Транзакция – это группа логически объединённых последовательных операций по работе с данными, обрабатываемая или отменяемая целиком. Отдельный процесс – монитор транзакций – координирует все транзакции.

Рис. 7. Модель сервера приложений

44

Прикладным компонентам РС доступны общие ресурсы: БД, очереди, обслуживание запросов и др. Серверы приложений реализуются обычно на компьютере, где функционирует менеджер ресурсов. Допускается реализация на других компьютерах. На уровне прикладного компонента используются технологии многозадачной ОС и имеются стандарты интерфейсов с двумя другими компонентами ASмодели.

На стороне сервера приложения имеется ряд прикладных функций, предназначенных для предоставления определенных услуг программам, имеющим возможность ими пользоваться. Серверов приложений может быть несколько. За каждым из них закреплен лишь определенный набор услуг. Особенности реализации прикладных функций в сервере приложений являются прозрачными для клиента приложения. Клиент всегда обращается с запросом не к серверу приложений, а к какой-то определенной службе сервера. Такая технология эффективна для управления балансом загрузки. Запросы от клиентов организуются в очередь к процессу сервера приложений. Каждый такой запрос имеет свой приоритет. Согласно приоритету сервер приложений достает очередной запрос и отсылает его требуемой службе.

Клиенту присущи самые различные функции: поддержка интерфейса с конечным пользователем (выступает как компонент представления); обеспечение обмена информацией с периферийными устройствами и др. Клиенту могут назначаться функции сервера приложений – технология предназначена для реализации многоуровневых РС. При этом в AS системах не ограничивается количество уровней серверов.

6.2.Понятие промежуточной среды

Спозиций одного из компьютеров РС, другие входящие в РС компьютеры являются удаленными системами. Теоретически взаимодействие удаленных систем внутри РС

45

основывается на модели взаимодействия открытых систем

OSI/ISO (Open Systems Interconnection). Согласно стандартам модели процесс взаимодействия двух сторон разделяется на 7 уровней: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, прикладной, представительский. Приложение содержит описание модели.

Стандартные протоколы определяют процессы взаимодействия узлов в открытых системах. Стек протоколов - это иерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети. В сетях распространенного стека протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) протокол TCP

есть протокол транспортного уровня, а IP – протокол сетевого уровня. Интерфейс к транспортному уровню обычно обеспечивает сетевая компонента ОС. При этом интерфейс для верхних уровней обычно основывается на сокетах.

Со́ кет– это название программного интерфейса, обеспечивающего обмен данными между процессами. При этом процессы могут выполняться как на одном, так и на различных компьютерах одной сети.

Протокол TCP/IP дает возможность организовать путем использования сокетов стандартный, межплатформенный, но низкоуровневый сервис для обмена данными между компонентами. Функции высоких уровней – сеансового и представительского – выполняет промежуточная среда (другое встречающееся в литературе название – промежуточное программное обеспечение). Эта среда позволяет организовать взаимодействие различных компонент РС, и тем самым помогает создавать открытые, масштабируемые и устойчивые РС.

Одна РС может использовать несколько видов промежуточных сред. Выделение промежуточного уровня является изменением базовой модели OSI. Промежуточный уровнь заменяет уровени представления и сеансовый, т.е. вместо двух уровней используется один, содержащий протоколы, не зависящие от приложений.

46

Службы промежуточной среды обеспечивают:

–единое и независимое от механизма ОС использование одними программными компонентами служб других компонент;

–безопасность РС;

–целостность данных;

–балансировку нагрузки на серверы с программными компонентами;

–обнаружение удаленных компонент.

6.3. Концепции взаимодействия программных компонент

Взаимодействия программных компонент могут осуществляться посредством:

1)обмена сообщениями между компонентами;

2)вызова процедур или методов объекта удаленной компоненты (по аналогии с локальными вызовами процедуры).

В конечном итоге, в основе перечисленных взаимодействий лежит использование сокетов TCP/IP. Первичным, с позиций промежуточной среды, является обмен посредством сообщений на низком уровне. Он проводится на основе сетевых сокетов, сервис которых не устанавливает формат для передаваемого сообщения. Затем, посредством протоколов

TCP или HTTP (HyperText Transfer Protocol), могут быть сформированы прикладные протоколы обмена сообщениями более высокого уровня абстракции. Подобная технология позволяет реализовать различные и достаточно сложные алгоритмы обмена сообщениями, а также удаленный вызов процедур.

6.3.1. Обмен сообщениями

Обмен сообщениями между удаленными системами может осуществляться следующими двумя методами: непо-

47

средственный обмен сообщениями и использование очередей сообщений.

Первый метод предполагает, что передача сообщения происходит напрямую, но необходимо учитывать готовность принимающей стороны к принятию сообщения.

Второй метод передачи сообщения невозможен без посредника – менеджера очередей сообщений. Согласно этой технологии программный компонент передается сообщение в одну из очередей менеджера, параллельно с работой менеджера и независимо от него. Программный компонент не прекращает свою работу, а сообщение выбирается из очереди менеджера принимающей стороной, и далее происходит его обработке.

Область промежуточного программного обеспечения богата разработками: Microsoft Message Queuing, IBM MQSeries, Sun Java System Message Queue и др. В рамках этой технологии промежуточная среда позволяет:

добавить сообщение в очередь;

проверить наличие сообщений в очереди;

выбрать из очереди первое сообщение;

приостановить процесс, пока в очереди не появится хотя бы одно сообщение;

установить обработчик, вызываемый при появлении сообщений в очереди.

Как менеджер очереди сообщений, так компоненты, и принимающие участие в обмене, могут размещаться на разных компьютерах. В этом случае сообщение сначала помещается в очередь на компьютере, на котором содержится компонента, посылающая сообщение, а затем передается менеджеру.

Маршрутизация сообщений применяется для достаточно сложных систем обмена. Такая технология предполагает, что сообщения передаются через несколько промежуточных менеджеров очередей сообщений. Схематично передача

48

Основные достоинства технологии передачи сообщений с использованием очередей сообщений:

–независимость друг от друга времени функционирования сервера и времени работы клиентов;

–независимость промежуточной среды от средств разработки компонент и используемого языка программирования;

–упрощение алгоритмов разработки устойчивых и масштабируемых РС благодаря тому, что считывание и обработка заявки из очереди может выполняться несколькими независимыми компонентами;

Недостатки систем очередей сообщений:

необходимость явного использования очередей со-

общений;

алгоритмы синхронного обмена отличаются сложно-

стью;

применение менеджеров очередей требует определенные накладные расходы;

49