1.3 Понятие клиент-серверных систем

Клиент-сервер – это вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг, называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Фактически клиент и сервер – это программное обеспечение. [4, с. 46] Пример двухуровневой архитектуры изображен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 ­– Двухуровневая архитектура клиент-сервера

Обычно эти программы расположены на разных вычислительных машинах и взаимодействуют между собой через вычислительную сеть посредством сетевых протоколов, но они могут быть расположены также и на одной машине. Программы-серверы ожидают от клиентских программ запросы и предоставляют им свои ресурсы в виде данных (например, загрузка файлов посредством HTTP, FTP, BitTorrent, потоковое мультимедиа или работа с базами данных) или в виде сервисных функций (например, работа с электронной почтой, общение посредством систем мгновенного обмена сообщениями или просмотр web-страниц во всемирной паутине).

Поскольку одна программа-сервер может выполнять запросы от множества программ-клиентов, её размещают на специально выделенной вычислительной машине, настроенной особым образом, как правило, совместно с другими программами-серверами, поэтому производительность этой машины должна быть высокой. Из-за особой роли такой машины в сети, специфики её оборудования и программного обеспечения, её также называют сервером, а машины, выполняющие клиентские программы, соответственно, клиентами.

Любая программа, компьютеризирующая выполнение той или иной прикладной задачи, должна обмениваться информацией с пользователем, осуществлять собственно обработку этой информации в рамках автоматизации того или иного процесса, и, наконец, хранить данные используемые в программе.

Для локальных приложений, полностью работающих на персональной электронно-вычислительной машине (например, Word или Excel), все эти компоненты собраны вместе и не могут быть распределены между различными компьютеры. Такая программа является монолитной и использует для выполнения ресурсы только того компьютера, на котором выполняется.

В файл-серверных приложениях часть компоненты хранения переносится на файловый сервер, однако, все манипуляции со структурами данных выполняются на клиентской машине, и код пользовательской программы тоже работает только на ней.

Критерием, позволяющим отнести прикладную программы к архитектуре клиент-сервер является то, что хотя бы один из трех ее компонентов полностью выполняется на другом компьютере, и взаимодействие между компонентами на разных компьютерах осуществляется через ту или иную сетевую среду посредством передачи запросов на получение того или иного ресурса.

Поскольку архитектура клиент-сервер является частным случаем технологии клиент-сервер, в ней обязательно есть клиент и сервер. Соответственно, выделяют клиентскую и серверную стороны приложения. Клиентская сторона приложения функционирует на рабочем месте пользователя, в роли которого в подавляющем числе случаев выступает персональный компьютер. Серверная сторона функционирует на специализированном комплексе, включающем в себя мощные аппаратные средства, требуемый набор стандартного программного обеспечения, систему управления базами данных и собственно структуры данных.

Взаимодействие клиентской и серверной частей приложения осуществляется через сеть – локальную или глобальную. При этом с точки зрения клиента и сервера взаимодействие осуществляется прозрачно, соответственно сетевой компонент здесь включает в себя совокупность необходимого сетевого оборудования, набор программных технологий, обеспечивающих передачу данных между узлами сети, а также собственно протокол или протоколы для обмена запросами и результатами их выполнения.

Компонент визуализации прикладной задачи осуществляет ввод информации пользователем с помощью тех или иных средств, а также вывод информации на экран и печать. Компонент визуализации для архитектуры клиент-сервер всегда исполняется на рабочем месте пользователя (поскольку должен же он наблюдать какие-либо результаты работы программы).

Компонент прикладной логики решает собственно ту или иную задачу, связанную с обработкой данных в той или иной предметной области. Этот компонент может быть распределен между клиентской и серверной частью различным образом в зависимости от применяемой модели.

С точки зрения количества составных частей клиент-серверные системы делятся на двухуровневые и трехуровневые. Двухуровневые системы состоят только из клиента и сервера. В трехуровневых же между пользовательским клиентом и сервером, осуществляющим хранение и обработку базы данных появляется третий, промежуточный слой, являющийся для пользователя сервером, а для системы управления базами данных - клиентом. Такая архитектура позволяет более гибко распределять функции системы и нагрузку между компонентами программно-аппаратного комплекса, а также может снизить требования к ресурсам рабочих мест пользователей. Необходимой платой за это является то, что подобные системы намного сложнее в разработке, внедрении и эксплуатации и требуют значительных затрат и высококвалифицированного персонала.

Компьютеризация промышленного предприятия может достаточно долго проходить в рамках описанных ранее локальных рабочих мест или архитектуры файл-сервер. Тем не менее, рано или поздно может наступить момент, когда единственным вариантом для дальнейшего развития автоматизированных систем управления предприятием станет архитектура клиент-сервер.

Во-первых, архитектура клиент-сервер становится жизненно необходимой, когда число пользователей одновременно активно пользующихся одними и теми же данным превышает 10-15 человек. В силу принципиальных ограничений, присущих файл-серверным приложениям, 15 параллельно работающих пользователей такие системы переносят с трудом, а на 20 пользователях часто разваливаются. Таким образом, если перед предприятием встает задача построения системы, в которых число мест, одновременно активно работающих с данными, превышает 20, практически единственным вариантом для него является клиент-сервер.

Справедливости ради следует заметить, что большие Электронно-вычислительные машины тоже способны справиться с десятками или даже сотнями пользователей. Однако, из-за высокой стоимости аппаратных средств, дороговизны разработки, и, что немаловажно, немалыми затратами на эксплуатацию подобной техники и программ для нее, вариант использования централизованной архитектуры при внедрении новых систем в нашей стране почти никогда не рассматривается.

Другим критическим моментом для перехода к архитектуре клиент-сервер является переход к решению задач масштаба предприятия и управление предприятием в целом. Автоматизация отдельных рабочих мест может быть с успехом выполнена даже без использования сетевых технологий, с задачами масштаба отдела может справиться и файл-сервер, но построение интегрированной автоматизированной системы охватывающей все предприятие или, по крайней мере, какую-либо из подсистем управления возможно только с использованием технологий клиент-сервер.

Еще одной ситуацией, когда клиент-сервер – единственный способ построения системы, является наличие в автоматизированной системе удаленных пользователей, с которыми необходимо обмениваться информации в реальном масштабе времени. Под реальным масштабом времени здесь имеются ввиду секунды-минуты. Обмен данными на дискетах в таком случае не пригоден принципиально, а архитектура файл-сервер потребует очень высоких скоростей обмена, а это может быть либо принципиально невозможно, либо очень дорого. Отдельные примеры обеспеченных организаций, которые строили файл-серверные системы в масштабах города (например, российский «Инкомбанк») являются исключениями, подтверждающими правило.

И так же архитектура клиент-сервер необходима тогда, когда задача обеспечения целостности информации становится критической. Под критической подразумевается ситуация, в которой цена ошибки в данных может быть сопоставима со стоимостью создания системы клиент-сервер. Прежде всего, это актуально для финансовых служб предприятий.

Попытка решить в рамках компьютеризации промышленного предприятия любую из проблем, перечисленных выше, обязательно повлечет за собой появление системы клиент-сервер. Помимо этого, эта архитектура может появиться в ходе естественного развития автоматизированных систем управления производством, даже если ограничения предыдущих архитектур на данном предприятием еще не стали критическим. Этот вариант является самым предпочтительным, поскольку при этом, с одной стороны, внедрение получает поддержку изнутри, а, с другой стороны, есть время для подготовки плавной смены архитектуры информационных приложений.

Из преимуществ клиент-серверной архитектуры можно отметить:

– отсутствие дублирования кода программы-сервера программами-клиентами;

– так как все вычисления выполняются на сервере, то требования к компьютерам, на которых установлен клиент, снижаются;

– все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще организовать контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

К недостаткам можно отнести:

– неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть (неработоспособным сервером следует считать сервер, производительности которого не хватает на обслуживание всех клиентов, а также сервер, находящийся на ремонте, профилактике и так далее);

– поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста – системного администратора;

– высокая стоимость оборудования.

Прежде всего, для отечественных промышленных предприятий критическим является фактор стоимости. В отличие от западных предприятий, где речь, как правило идет о замене довольно-таки дорогих централизованных систем на клиент-серверные, прямые затраты на которых меньше, отечественные предприятия почти никогда не имели достаточно средств для внедрения у себя больших централизованных систем. Очень часто имеющиеся на предприятии информационные системы построены на устаревших аппаратных средствах, которые требуют полной замены при переходе к архитектуре клиент-сервер.

Следующим большим «но» является большой объем собственно технологических изменений, возникающих при попытке внедрения архитектуры клиент-сервер. Клиент-серверная система требует другого уровня технической грамотности со стороны, как сотрудников информационных служб, так и конечных пользователей. Расходы на переподготовку пользователей и эксплуатационного персонала, перестройка структуры автоматизации предприятия составляют большую часть айсберга, чем ясно видимые прямые затраты на модернизацию аппаратуры, закупку и/или разработку требуемого обеспечения.

И, наконец, самым большим подводным камнем на пути создания клиент-серверной системы на предприятии является необходимость менять структуру управления и связанные с этим организационные издержки.

Попытка внедрить новые технологические решения ничего не меняя в сути автоматизируемых бизнес-процессов может закончиться безрезультатно. При этом предприятие понесет прямые материальные убытки из-за большого объема дорогостоящего аппаратного и программного обеспечения, лежащего мертвым грузом, а также из-за отвлечения сотрудников от выполнения основных служебных обязанностей. В лучшем случае будут внедрены отдельные участки клиент-серверной система, при этом фактически новое программное обеспечение будет использоваться на старом идейном уровне.

Если, взвесив все за и против, предприятие все-таки решилось на создание клиент-серверной система, то перед ним встает задача выбора компонентов для построения этой системы. В любом случае необходимым компонентом является тот или иной сервер баз данных корпоративного уровня. Остальные компоненты зависят от пути, избранного предприятием для дальнейшего развития автоматизированной системы управления.

Если предприятие решилось разрабатывать систему самостоятельно, то перед ним стоит, прежде всего, задача выбора средств разработки. Если предприятие размещает заказ на создание системы у конкретной фирмы-разработчика, то аналогичная задача стоит перед ней.

В том случае, если принято решение не разрабатывать систему самим, а использовать одно из имеющихся на рынке решений, то главной составляющей выбора является готовая (в той или иной степени) система автоматизации предприятия.