Учебнопрактическое пособие Владимир 2021
 Скачать 7.94 Mb.
|
|
1.2. Базовая модель и метод «клиент-сервер» Современная информационная сеть - это сложная распределен- ная в пространстве техническая система, представляющая собой функционально связанную совокупность программно-технических средств обработки и обмена информацией и состоящая из территори- ально распределенных информационных узлов (подсистем обработки информации) и физических каналов передачи информации их соеди- няющих. Такая система в совокупности определяет физическую структуру ИС. Физическая структура ИС характеризует физическую организа- цию технических средств ИС и описывает множество пространствен- но (территориально) распределенных подсистем (информационных узлов), реализующих ту или иную совокупность информационных процессов и оснащенных программно-аппаратными средствами их реализации, соединенных физическими каналами передачи информа- ции (каналами связи), обеспечивающими взаимодействие этих подси- стем. Информационная структура ИС - определяется потребностями отдельных ИП в обмене информацией и представляется совокупно- стью пространственно распределенных информационных узлов, ис- пытывающих потребность взаимосвязи, и путей доставки информа- ции между ними. Маршрутная структура ИС описывает множество адресуемых элементов сети (информационных узлов, информационных процес- сов) и множество реализованных путей доставки информации между этими элементами. Примером маршрутной структуры для сети передачи данных (ПД) может служить план распределения сообщений (ПРС), пред- ставляющий собой совокупность таблиц маршрутов всех узлов сети 25 ПД и определяющий для множества узлов сети множество реализо- ванных маршрутов доставки пакетов. Архитектура ИС абстрагируясь от конкретной физической реа- лизации элементов сети и конкретной физической структуры, обоб- щает информационную, логическую, маршрутную структуры, опре- деляет модель ИС, основные компоненты данной модели и функции выполняемые ими. Определяют также понятие функциональной ар- хитектуры сети как часть общей архитектуры, которая для конкрет- ной модели в целом и ее компонент в частности, определяет их функ- циональную наполненность и принципы функционирования. Физиче- ская структура в свою очередь конкретизирует архитектуру для кон- кретной информационной сети, построенной с применением конкрет- ных комплексов технических средств и заданных вариантов реализа- ции программно - технических средств. Примером хорошо проработанной и стандартизованной между- народной организацией стандартов (МОС) функциональной архитек- туры ИС, описывающей правила реализации только подмножества функций взаимосвязи (функций телекоммуникационной сети) при взаимодействии ИП, выполняющих функции содержательной обра- ботки информации в территориально распределенных узлах инфор- мационной сети, является семиуровневая архитектура эталонной мо- дели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС). Последние десятилетия информационные системы строятся по сетевой технологии и на концепции баз данных. Как показывает ми- ровой опыт, это направление останется доминирующим и в ближай- шей перспективе, а изменения возможны лишь в подходах к его реа- лизации. Наиболее передовой технологией построения баз данных является технология «клиент-сервер» (рис. 1.1). Клиент-сервер - это не только архитектура, это – новая парадигма, пришедшая на смену устаревшим концепциям. Суть ее заключается в том, что клиент (ис- полняемый модуль) запрашивает те или иные сервисы в соответствии с определенным протоколом обмена данными. При этом нет необхо- димости в использовании прямых путей операционной системы: кли- ент их «не знает», ему «известны» лишь имя источника данных и дру- 26 гие специальные сведения, используемые для авторизации клиента на сервере. Сервер, который физически может находиться на том же компьютере, а может – на другом конце земного шара, обрабатывает запрос клиента и, произведя соответствующие манипуляции с дан- ными, передает клиенту запрашиваемую порцию данных. Рис.1.1. Архитектура технологии «клиент-сервер» Эволюционно сложилось несколько моделей и методов данной технологии: модель и метод файлового сервера (File Server - FS); модель и метод доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA); модель и метод сервера базы данных (DataBase Server - DBS); модель и метод сервера приложений (Application Server - AS). Модель файлового сервера (FS-модель) является базовой для локальных сетей персональных компьютеров (рис. 1.2). Исторически – это первая архитектура информационных систем. Как исполняемые модули, так и данные размещаются в отдельных файлах операцион- ной системы. Доступ к данным осуществляется путем указания пути (path) и использования файловых операций (открыть, считать, запи- сать). Для хранения данных используется выделенный сервер (от- дельный компьютер), который и является файловым сервером. Ис- полняемые модули хранятся либо на рабочих станциях, либо на фай- ловом сервере. В последнем случае упрощается процедура их адми- 27 нистрирования, но при этом возрастают требования к надежности се- ти. Суть модели заключена в следующем. Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет услуги по обра- ботке файлов другим компьютерам. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы и осуществляет доступ к информационным ресурсам (то есть к файлам). На других компьюте- рах в сети функционирует приложение. Протокол обмена представля- ет собой набор низкоуровневых вызовов, обеспечивающих приложе- нию доступ к файловой системе на файл-сервере. FS-модель послу- жила фундаментом для расширения возможностей персональных си- стем управления базами данных (СУБД) в направлении поддержки многопользовательского режима. В таких системах на нескольких персональных компьютерах выполняется как прикладная программа, так и копия СУБД, а базы данных содержатся в разделяемых файлах, которые находятся на файловом сервере. Когда прикладная програм- ма обращается к базе данных, СУБД направляет запрос на файловый сервер. В этом запросе указаны файлы, где находятся запрашиваемые данные. В ответ на запрос файловый сервер направляет по сети тре- буемый блок данных. СУБД, получив его, выполняет над данными действия, которые были декларированы в прикладной программе. К недостаткам модели относят высокий сетевой трафик (пере- дача множества файлов, необходимых приложению), узкий спектр операций манипуляции с данными, отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т.д. 1.3. Модификации модели и метода «клиент-сервер» Модель и метод доступа к удаленным данным Более технологичные метод и модель доступа к удаленным дан- ным (RDA-модель) (рис. 1.2) существенно отличаются от FS модели 28 характером доступа к информационным ресурсам. Это обеспечивает- ся операторами специального языка (например, SQL-Structured Query Language). Клиент направляет запросы к информационным ресурсам (например, к базам данных) по сети удаленному компьютеру. На нем функционирует ядро СУБД, которое обрабатывает запросы, выполняя предписанные в них действия, и возвращает клиенту результат, оформленный как блок данных. При этом инициатором манипуляций с данными выступают программы, выполняющиеся на компьютерах- клиентах, в то время как ядру СУБД отводится пассивная роль – об- служивание запросов и обработка данных. Такое распределение обя- занностей между клиентами и сервером базы данных не догма – сер- вер БД может играть более активную роль, чем та, которая предписа- на ему традиционной парадигмой. RDA-модель избавляет от недостатков, присущих как системам с централизованной архитектурой, так и системам с файловым серве- ром. Сервер БД освобождается от несвойственных ему функций; про- цессор или процессоры сервера целиком загружаются операциями обработки данных, запросов и транзакций. Это становится возмож- ным благодаря отказу от терминалов и оснащению рабочих мест ком- пьютерами, которые обладают собственными локальными вычисли- тельными ресурсами, полностью используемыми программами пе- реднего плана. С другой стороны, резко уменьшается загрузка сети, так как по ней передаются от клиента к серверу не запросы на ввод- вывод (как в системах с файловым сервером), а запросы на языке SQL, их объем существенно меньше. Основное достоинство RDA-модели – унификация интерфейса «клиент-сервер» в виде языка SQL. Модель и метод сервера базы данных Наряду с RDA-моделью все большую популярность приобрета- ет перспективная модель и метод сервера базы данных (DBS - мо- дель) (рис. 1.2). Ее основу составляет механизм хранимых процедур – средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в 29 словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. Язык, на котором разрабатываются хранимые процедуры, представ- ляет собой процедурное расширение языка запросов SQL и уникален для каждой конкретной СУБД. Достоинства DBS-модели очевидны: это возможность центра- лизованного администрирования прикладных функций, снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы храни- мых процедур), возможность разделения процедуры между несколь- кими приложениями, экономия ресурсов компьютера за счет исполь- зования единожды созданного плана выполнения процедуры. К недо- статкам модели можно отнести ограниченность средств, используе- мых для написания хранимых процедур, которые представляют собой разнообразные процедурные расширения SQL, не выдерживающие сравнения по средствам и функциональным возможностям с языками третьего поколения, такими как C, С++ или Pascal. Сфера их исполь- зования ограничена конкретной СУБД, в большинстве СУБД отсут- ствуют возможности отладки и тестирования разработанных храни- мых процедур. На практике часто используется смешанные модели, когда под- держка целостности базы данных и некоторые простейшие приклад- ные функции поддерживаются хранимыми процедурами (DBS- модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель). Модель и метод сервера приложений В модели сервера приложений (AS-модели) процесс, выполня- ющийся на компьютере-клиенте, как обычно отвечает за интерфейс с пользователем. Прикладные функции выполняются сервером прило- жения. Все операции над информационными ресурсами выполняются сервером баз данных. RDA- и DBS-модели опираются на двухзвен- ную схему разделения функций. В AS-модели реализована трехзвен- 30 ная схема разделения функций, где прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения (рис. 1.2). С развитием интранет - интернет технологий появилась разно- видность трехслойной архитектуры на основании использования web- технологий. В этой разновидности роль сервера приложений играет web-сервер, а в качестве клиента используется стандартный web- браузер. Достоинства – в пониженных требованиях к клиенту и в лег- кой встраиваемости данной архитектуры в мировые информационные сети. Основной недостаток – известные ограничения, накладываемые на интерфейс пользователя web-браузерами. Эволюция моделей взаимодействия клиента и сервера показы- вает, что их совершенствование направлено на снижение трафика в сети, что повышает производительность системы. Однако реализация перечисленных моделей технологии «клиент-сервер» для построения баз данных в распределенных системах с использованием мобильных каналов связи вызывает значительные трудности. Дело в том, что в отличие от высокоскоростных и надежных локальных сетей, теле- фонные и особенно радиоканалы имеют намного более низкую про- пускную способность при более высоких уровнях помех. Даже в со- временных системах «клиент - сервер», где минимизируется количе- ство данных, передаваемых между клиентским приложением и серве- ром БД, применяемые протоколы взаимодействия клиента и сервера оказываются для этих каналов слишком ресурсоемкими, что в итоге приводит к значительному времени отклика при выполнении тран- закций. К тому же снижается вероятность их успешного завершения из-за возможного обрыва сеанса. Для примера, только время установ- ления сеанса с сервером может составлять от одной до нескольких минут. Для разрешения проблемы большого времени отклика, возни- кающей при работе мобильных пользователей в режиме клиент- сервер по медленным каналам связи, используются мобильные аген- ты (рис.1.3). С целью уменьшения обмена по низкоскоростным кана- лам уже известная модель «клиент-сервер» трансформирована в но- вую - «клиент-агент-сервер». 31 1.4. Программы-агенты и модель «клиент-агент-сервер» Правильная ориентация в современной компьютерной сети ста- новится чрезвычайно трудной. Решение этой задачи видится учеными и инженерами на пути использования технологии агентов. Предпола- гается, что по мере развития технологии агентов на узлах сети будет автоматически появляться подобранная с учетом индивидуальных по- требностей пользователя информация. Процесс индивидуализации будет происходить с использованием агентов незаметно для пользо- вателя. Лучшие из агентов смогут самостоятельно обучаться, подра- жая примеру пользователя. В них будет заложена способность отсле- живать последовательность действий, выполняемых во время сеанса просмотра, и накапливать информацию об интересующих вопросах, внося соответствующие коррективы в свое поведение. В соответствии с определением, данным Э. Таненбаумом, про- граммный агент– это автономный процесс, способный реагировать на среду исполнения и вызывать изменения в среде исполнения, воз- можно, в кооперации с пользователями или другими агентами. Агент должен обладать следующими свойствами: реактивность; автономность; целенаправленность; коммуникативность. Свойство реактивности означает, что агент временами отвечает на изменения в окружении. Агент имеет сенсоры, с помощью кото- рых получает информацию от окружения. Сенсоры могут быть самы- ми различными. Это могут быть микрофоны, воспринимающие аку- стические сигналы и преобразующие их в электрические, видеокарты захвата изображений, клавиатура компьютера или общая область па- мяти, в которую окружение помещает данные и из которой про- граммный агент берет данные для вычислений. Не все изменения окружения становятся известными (доступными) сенсорам агента. Это вполне естественно. Ведь и человек не воспринимает звуки 32 сверхвысокой частоты, радиоволны и т.д. Таким образом, окружение не является полностью наблюдаемым для агента. Аналогично, агент воздействует на окружение, путем разнообразных исполнительных механизмов, включая общую память. Разумеется, степень воздей- ствия, как и степень восприятия, является ограниченной. Агент может перевести окружение из некоторого состояния в некоторое другое, но не из любого в любое. Свойство автономности означает, что агент является само- управляющимся, сам контролирует свои действия. Программный агент, находящийся на некотором сервере, обладает возможностью «самозапуска». Он не требует от пользователя каких-либо специаль- ных действий по обеспечению его старта (подобно тому, как мы «кликаем» два раза по иконке некоторого файла). Свойство целенаправленности означает, что у агента имеется определенная цель и его поведение (воздействие на окружение) под- чинено этой цели, а не является простым откликом на сигналы из окружения. Иначе говоря, агент является управляющей системой, а не управляемым объектом. Свойство коммуникативности означает, что агент общается с другими агентами (включая людей), используя для этого некоторый язык. Это не обязательно единый язык для всех агентов. Достаточно, чтобы у пары общающихся агентов был общий язык. Язык может быть сложным как, например, естественный язык. Но может быть и примитивным: обмен числами или короткими словами. Если много- словные фразы сложного языка несут всю информацию, как правило, в себе, то слова простого языка предполагают «умолчание»: обе сто- роны диалога «знают», о чем идет речь. В отдельную категорию интеллектуальных агентов выделяют автономные агенты, обладающие свойством обучаемости. Свойство обучаемости означает, что агент может корректировать свое поведе- ние, основываясь на предыдущем опыте. Это не просто накопление в памяти параметров окружения, т.е. Использование исторических данных, но сопоставление истории собственных действий с историей 33 их влияния на окружение, и изменение в связи с этим своей програм- мы действий. Одна из главнейших особенностей агента – это интеллектуаль- ность. Интеллектуальный агент владеет определенными знаниями о себе и об окружающей среде, и на основе этих знаний он способен определять свое поведение. Интеллектуальные агенты являются ос- новной сферой интересов агентной технологии. Важна также среда существования агента: это может быть, как реальный мир, так и вир- туальный, что становится важным в связи с широким распростране- нием сети Интернет. От агентов требуется способность к обучению и даже самообучению. Способность планировать свои действия делит агентов на регулирующие и планирующие. Если умение планировать не предусмотрено (регулирующий тип), то агент будет постоянно пе- реоценивать ситуацию и возобновлять свое воздействие на окружаю- щую среду. Планирующий агент может запланировать несколько действий на разные промежутки времени. При этом агент может мо- делировать развитие ситуации, что дает возможность более адекватно реагировать на текущие ситуации. При этом агент должен принимать во внимание не только свои действия и реакцию на них, но и сохра- нять модели объектов и агентов окружающей среды для прогнозиро- вания их возможных действий и реакций. Агенты разделяются на две группы, исходя из того, где они находятся и функционируют. Стационарные агенты работают в ос- новном на стороне клиента или на стороне сервера. Эти программы функционируют во взаимодействии с браузером программой про- смотра сети и автоматизируют сеансы просмотра. Мобильные агенты относятся к более совершенной и многообещающей категории про- граммных продуктов. Такие агенты способны самостоятельно пере- мещаться от сервера к серверу в поисках нужной информации. Это выполняющиеся программы, несущие в себе информацию о соб- ственном состоянии, т. е. вполне автономные. Сегодня концепция программ, извлекающих ресурсы из удаленных точек сети, представ- ляется естественной, однако идея программ, перемещающихся от сервера к серверу, отличается новизной. Особенность мобильных 34 агентов – в их автономности. Перемещаясь по сети, они несут инфор- мацию о своем состоянии (все, что необходимо для их функциониро- вания). Обнаружив необходимые данные, они могут послать сообще- ние исходному клиенту или серверу. Безусловно, в таком случае важ- ной задачей становится обеспечение информационной безопасности. Разработчики агентов всячески стараются исключить возможность превращения их в информационное оружие. В модели «клиент-агент-сервер» работы каждое приложение разбивается на две взаимодействующие части. Первая - «клиент», находится на мобильном ПК, обеспечивая пользовательский интер- фейс для ввода данных и представления результатов и, возможно, не- которую локальную обработку. Вторая - «агент», располагается на компьютере в локальной сети и, выступая там представителем пер- вой, выполняет по ее запросам доступ к серверам БД, другим источ- никам данных, различного рода сервису типа электронной почты, пе- чати, передачи факсов и т.п. В отличие от клиент-серверной модели «клиент-сервер» здесь не организуется сеанс работы пользователя с БД. Вместо этого «клиент» посылает своему «агенту» короткие со- общения-запросы. Получив сообщение, «агент» работает самостоя- тельно и выполняет запрошенные действия, по окончании которых возвращает «клиенту» сообщение-ответ, содержащее требуемые дан- ные или же просто информацию об успешном завершении операции. В новой модели работа мобильных клиентов по низкоскоростным ли- ниям сводится к минимуму с переносом основного трафика в компь- ютерную сеть. 35 Рис. 1.2. Модели доступа в современных информационных системах |