Способы обработки информации от «тонкого клиента» до «облака»

Дворникова А. А., Малыхина Е.А., Горбунова Т.Н.

Информация является таким же важным ресурсом человеческого общества, как сырье, энергия и пища. Практически в любом виде человеческой деятельности требуется удовлетворение информационных потребностей. Поэтому способность накапливать информацию и обеспечивать эффективный доступ к ней становится определяющим фактором не только развития человеческого общества, но и поддержания его жизнеспособности.

Быстрый рост объемов информации, привел к появлению новых общественных институтов (библиотеки, архивы, вычислительные центры и т.д.) и специальных систем (службы научно-технической информации, справочные службы, глобальные информационные компьютерные сети). При этом и данные становятся, определенным образом организованы, приобретают упорядоченность и внутреннюю структуру (БД), а также определяется некоторый набор унифицированных операций для их обработки и представлений (СУБД).

За последнее время появилось несколько моделей построения информационных систем. Вначале это монолитная архитектура, когда и база данных, и приложения работали в рамках одной вычислительной системы, в качестве которой мог быть либо мэйнфрейм – тогда доступ к ней осуществлялся с использованием терминалов (thin client «тонкого клиента»), отображающих только информацию, либо файловый сервер локальной сети.

У такой архитектуры было много недостатков, и ее сменили более перспективные архитектуры, использующие преимущества локальной вычислительной сети.

Основные концепции обработки сетевых баз сформировались в 1988-1989гг. и заключаются в следующем:

а) распределенная (сетевая) база данных организуется на основе модели взаимодействия «рабочая станция – сервер». При этом база данных общего доступа размещается в одном или нескольких серверах. Пользовательские (локальные) базы данных хранятся и обрабатываются локально на рабочих станциях;

б) сетевые операции доступа к базе данных, обмен по сети фрагментами баз данных, обеспечение надежности и целостности реализуется на базе специального механизма транзакций и соответствующего протокола выполнения транзакций;

в) стандартным средством обслуживания базы данных, доступа к ней и получения результатов является SQL – стандартный реляционный язык пользователя для взаимодействия с базой данных;

г) центральным исполнительным элементом сетевой базы данных является SQL-сервер, реализующий высоконадежный протокол обработки транзакций, сетевые операции доступа к базе данных и реляционный язык запросов.

В результате применения этих концепций проектировщики информационных систем получают в свое распоряжение новую архитектуру распределенных информационных систем (РИС). Для современных систем класса РИС характерными свойствами являются:

- высокий уровень развития сетевых средств организации и управления базами данных;

- высокий уровень средств пользователя (конечного пользователя, администратора системы и оператора) при работе с базой данных.

Эти преимущества выражены в архитектуре “клиент - сервер”. На выделенном сервере, работающем под управлением серверной операционной системы, устанавливается специальное программное обеспечение (ПО) - сервер БД, например, Microsoft®SQL Server™ или Oracle. СУБД подразделяется на две части: клиентскую и серверную. Основа работы сервера БД – использование языка запросов (SQL). Запрос на языке SQL, передаваемый клиентом (rich-client «толстым клиентом») серверу БД, порождает поиск и извлечение данных на сервере. Извлеченные данные транспортируются по сети от сервера к клиенту. Тем самым, количество передаваемой по сети информации уменьшается во много раз.

Значительные достоинства сетевых баз данных связаны, прежде всего, с высоким уровнем стандартизации основных архитектурных решений и технологий. Это означает, что при проектировании сетевой базы данных проектировщик может больше внимания уделять прикладным вопросам представления информации в базе данных, технологии решения прикладных задач, вопросом организации интерфейса для конечных потребителей. Например, главными сетевыми стандартами баз данных в среде NetWare являются:

а) файловая система, механизмы защиты данных, управление многопользовательским доступом и протоколы передачи данных – собственные механизмы операционной системы NetWare;

б) единая архитектура сетевых взаимодействий на базе модели «клиент – сервер»;

в) стандартный серверный механизм, обслуживающий многопользовательский доступ к базе данных, стандартный язык SQL;

г) стандартный механизм обработки транзакций.

Аналогичным образом построены другие сетевые системы, которые используют ОС типа UNIX, Linux, Windows.

Таким образом, механизм транзакций – это общий метод сетевого управления последовательностью операций над базой данных. Транзакция может быть определена на уровне SQL-команд, например, в виде некоторой цепочки SQL-команд по доступу к базе данных, чтению определенных записей и корректировке данных. Механизм транзакции обеспечивает выполнение всей транзакции (т.е. всех входящих в нее операций) от начала до конца. Если после выполнения транзакции возникают сбои (отказы) или тупиковые ситуации, то транзакция «откатывается» назад и состояние базы данных не меняется [4].

Следующим этапом развития информационных технологий явилась многоуровневая (или трехуровневая) архитектура, в которой логика приложений была вынесена на отдельный компьютер, называемый сервером приложений, а пользователи работали через программу-клиента (thin client), которая переносит все или большую часть задач по обработке информации на сервер. Большинство приложений сегодня выполнено именно в этой архитектуре. Она подразумевает развертывание всей IT-инфраструктуры на территории заказчика [1].

Облака – следующий шаг в эволюции архитектур построения информационных систем. Облачные вычисления – это вычислительная модель, обеспечивающая быстрый, простой и удобный сетевой доступ к пулу вычислительных ресурсов (сеть, сервера, диски, приложения и сервисы) по требованию, причем такой доступ требует минимального привлечения администраторов или сервис провайдеров [2]. Открывающиеся возможности были сразу оценены на самом высоком уровне. Например, ИТ-директор правительства США Вивек Кундра в феврале 2011 года опубликовал стратегию федерального правительства («Federal Cloud computing Strategy», USA, 2011) по переносу управленческих систем в облако для уменьшения сложности и повышения управляемости IТ, увеличения загрузки оборудования до 70–80% и сокращения количества центров обработки данных с нынешних 800 [3].

Экономия в облачной модели достигается за счет эффективного использования разделяемого пула вычислительных ресурсов, и даже при развертывании облака на своей территории, компании или организации понадобится меньше аппаратных ресурсов, чем сейчас, а надежность такой системы будет выше. Оптимизация возможна и за счет централизованного администрирования – качество управления повышается, число администраторов баз данных, сетевых и системных администраторов уменьшается, а при использовании публичного облака вообще сводится к нулю. Кроме того, оплата по факту использования ресурсов оказывается ниже, чем при развертывании собственной корпоративной IТ-инфраструктуры [3].

Модернизация, которую уже сейчас осуществляют многие предприятия, - это переход от централизованной среды к сетевой или виртуализованной среде, то есть от жёсткой физической структуры для каждого приложения к среде виртуальной, с разделяемыми сервисами, динамичным предоставлением и стандартизованными конфигурациями и устройствами [2].

1. М. Ривкин. Взаимодействие пакетов разных фирм в архитектуре клиент-сервер //Мир ПК, 1995, N II, 12.

2. Описание продуктов на сайте Oracle, http://www.oracle.com.

3. http://www.osp.ru/os/2012/04/13015781/.

4.http://tc.kpi.ua/content/kurs/P_07/kist.pdf.