Ю. А. Григорьев, Г. И. Ревунков - Банки данных

12.Выбор общесистемных пакетов

•поддержка различных режимов печати в Unix из DOS (Windows) и наоборот;

•talk для Windows.

2. PC Protocol Services for Solaris (SunSoft), обеспечивающий включе­ ние IPX в стек протоколов на Unix-сервере с ОС Solaris.

13.2. Варианты выбора распределенной СУБД

Почему используют архитектуру клиент/сервер? В настоящее вре­ мя для построения систем распределенной обработки данных используются модели сервера БД и сервера приложений, поддерживающие архитектуру клиент/сервер, т.е. прикладная или системная программа (клиент) выставля­ ет запрос на выполнение SQL-оператора или сервис-приложения. Сервер СУБД обрабатывает этот запрос и возвращает программе результаты вы­ полнения.

Одной из основных причин перехода на технологию клиент/сервер является более высокое быстродействие систем, поддерживающих эту тех­ нологию. В параграфе 12.2 приведен пример небольшой системы, функцио­ нирующей в архитектуре клиент/сервер. Предположим, что такая же систе­ ма реализована с помощью СУБД, функционирующей на основе модели файлового сервера, например, FoxPro. В этой СУБД приложения и ядро функционируют на рабочей станции, а файлы БД (таблицы, индексы и др.) хранятся на файловом сервере.

Сравним для двух технологий число пакетов (кадров), которые пере­ даются между рабочей станцией и сервером при выполнении запроса, опи­ санного в § 12.2. Предполагается, что таблица Счет имеет сложный индекс (код клиента, тип счета).

1. Предположим, что в программе, написанной на языке СУБД FoxPro выполняется следующий оператор поиска в таблице Счет:

LOCATE FOR код клиента = 1 .AND. тип счета <= 4;

В табл. 13.3 приведен ориентировочный расчет числа пакетов, пере­ даваемых по сети при выполнении этого запроса. Здесь приняты следующие обозначения и значения параметров:

а = 1024 байт — размер пакета, передаваемого по сети; 1 = 32 байт — длина записи таблицы Счет;

b = 1024 байт — размер блока индекса;

с = 80 — количество строк в блоке индекса; п = 10^ — число записей в таблице Счет.

260

/5.2. Варианты выбора распределенной СУБД

Таблица 13.3. Пример расчета числа пакетов, передаваемых

по сети при выполнении оператора LOCATE

2. Пусть теперь в СУБД с архитектурой клиент/сервер выполняется следующий запрос:

SELECT остаток

FROM счет

WHERE код клиента = 1 AND тип счета <= 4;

В табл. 13.4 приведен ориентировочный расчет числа пакетов для это­ го случая.

Таблица 13.4. Пример расчета числа пакетов передаваемых

по сети при выполнении запроса SELECT

ли три записи, удо­ влетворяющие условию поиска, в одном или разных блоках таблицы)

261

13. Выбор общесистемных пакетов

Даже в этом простом примере число передаваемых пакетов для СУБД с моделью файлового сервера в 4—6 раз превышает число пакетов для СУБД с моделью сервера БД. При увеличении сложности запроса преиму­ щество СУБД клиент/сервер будет только возрастать.

Преимущества архитектуры клиент/сервер проявляются в том случае, если ядро СУБД функционирует на мощном сервере (обслуживающем до 100 клиентов).

Важным преимуществом использования СУБД типа клиент/сервер яв­ ляется также то, что во всех этих СУБД (Oracle, Sybase, Informix и др.) язы­ ком описания и манипулирования данными выступает язык SQL. Это по­ зволяет объединить разнородные СУБД в одну систему. Более того, между­ народная организация ISO определила стандарт SQL/89 и его расширение SQL/92. Эти стандарты в целом приняты всеми основными разработчиками СУБД с архитектурой клиент/сервер.

СУБД, поддерживающие распределенную обработку данных. В

настоящее время в основном продукты трех компаний: Oracle, Sybase, In­ formix, поддерживают распределенную обработку в наиболее полном виде. Более того, эти компании удерживают 80 % рынка серверов СУБД. Ниже анализируются возможности продуктов этих компаний.

Oracle — современное состояние, В 1985—1986 гг. Oracle Софогайоп выпустила на рынок версию СУБД с программой SQL*Net, поддерживаю­ щей неоднородные среды. В ней были впервые разрешены распределенные запросы, т.е. запрос мог обращаться к данным, физически размещенным в разных узлах.

Разработчики последующих версий стремились создать инструмент построения крупномасштабных информационных систем, ориентированных на обработку транзакций в режиме реального времени. Oracle стал первым многопользовательским сетевым сервером БД для различных ОС. В версии были заложены принципиально новые возможности, в полном объеме реа­ лизованные позже. Во-первых, SQL-предложения могли использоваться совместно с утверждениями языка PL/SQL и посылаться для исполнения на сервер как анонимные процедуры. Во-вторых, тот же язык PL/SQL был вве­ ден в язык четвертого поколения SQL*Forms в качестве средства програм­ мирования приложений (в версии 7 расширенный язык PL/SQL стал средст­ вом описания хранимых процедур и триггеров базы данных). В-третьих, в описание схемы БД на синтаксическом уровне были введены (в соответст­ вии с ANSI/ISO стандартом) декларативные определения ограничений референциальной целостности.

В области администрирования БД также введен ряд новшеств: зер­ кальный журнал транзакций, динамическое создание журналов данных, команда ANALYZE, позволяющая собирать статистику об использовании таблиц, индексов и других физических объектах (эта статистика использу­ ется оптимизатором запросов), профили пользователей на использование

262

13.2. Варианты выбора распределенной СУБД

системных ресурсов: ЦПУ, ввода/вывода и др. Были полностью реализова­ ны декларативные ограничения референциальной целостности в соответст­ вии со стандартами ANSI/ISO. В рамках этих ограничений (первичные и внешние ключи) пользователь может специфицировать каскадное удаление связанных с некоторым первичным ключом записей. Процедуры PL/SQL описываются на уровне схемы БД (хранимые процедуры) и вызываются любым приложением, другими процедурами и триггерами. Взаимосвязан­ ные процедуры могут быть сгруппированы в пакеты и использовать общие переменные и определения. Значения переменных, объявленных на уровне пакета, сохраняются в течение всей пользовательской сессии и могут совме­ стно использоваться процедурами и функциями пакета.

Важным нововведением явились триггеры БД. Триггер представляет собой пару (событие+действие), где событие — это удаление/включе­ ние/обновление записей таблицы, а действие ( тело триггера) — процедура PL/SQL, выполняемая при совершении события. Триггеры определяются на уровне утверждений (DELETE, INSERT, UPDATE) или на уровне отдель­ ных строк (FOR EACH ROW-триггеры, которые, к тому же, могут работать со старыми и новыми значениями строк). С помощью триггеров реализуют сложные правила контроля целостности, прав доступа, вывода значений и другие.

Управление безопасностью и целостностью существенно упростилось благодаря введению «ролей». Роль — это совокупность прав доступа к объ­ ектам БД (DELETE, INSERT, UPDATE, SELECT) и системных прав (CREATE TABLE, ALTER SYSTEM и др.). Определив роль, АБД может одной командой GRANT дать пользователю привилегии для работы с неко­ торым приложением.

Эффективность выполнения распределенных запросов повысилась за счет глобальной оптимизации: оптимизатор обладает информацией об ин­ дексах и статистике удаленных таблиц, и, например, скорость соединения таблиц, расположенных в разных узлах сети, существенно возрастает благо­ даря тому, что из удаленных таблиц выбираются лишь строки, соответст­ вующие строкам локальной таблицы.

В области распределенной обработки данных вводится асинхрон­ ная симметричная репликация данных и асинхронный вызов удаленных процедур.

История развития Oracle показывает, что открытость всегда была од­ ной из стержневых идей создателей системы. Рассматривать Oracle как от­ крытую систему следует, очевидно, в трех измерениях: сервер-сеть-клиент.

Со стороны сервера открытость означает поддержку распространен­ ных вычислительных платформ и независимость серверной части разраба­ тываемых прикладных систем от рабочей платформы. Здесь Oracle находит­ ся вне конкуренции, поддерживая около 200 платформ и работая практиче­ ски на любой вычислительной системе — от персональных до мэйнфреймов

263

13.Выбор общесистемных пакетов

имногопроцессорных систем. При этом перенос программ не требует изме­ нения исходного кода.

Независимость от источников данных, как важная составляющая от­ крытости Oracle, реализована с помощью двух наборов продуктов: Oracle Transparent Gateways (прозрачные шлюзы) и Oracle Procedural Gateways (процедурные шлюзы). Прозрачные шлюзы обеспечивают доступ из SQL к БД и файловым системам — DB2, Rdb, ADABAS, IDMS, IMS, SQL/DS, SQL/400, VSAM — и плоским файлам. Процедурные шлюзы реализуют интерфейс с мониторами транзакций, ОС и внешними приложениями из языка PL/SQL.

Механизм многопротокольного обмена — MPI (Multiple Protocol In­ terchange) — осуществляет преобразование данных из одного протокола в другой и позволяет существенно снизить число узлов сети, требующих под­ держки нескольких протоколов. Кроме того, Oracle совместим со специфи­ кацией Х/Ореп ХА коммуникации мониторов транзакций и менеджеров ресурсов, благодаря этому Oracle 7 работает с мониторами TopEnd, Encina и Tuxedo.

Интегрированная функционально полная среда разработки CDEI (Co­ operative Development Environment) Oracle предоставляет разработчику при­ ложений набор инструментальных средств: Oracle Forms, Oracle Reports, Oracle Graphics, Oracle Book и др.

Oracle предоставляет ши|зокий набор средств конечного пользователя: Oracle Data Query — позволяет пользователю, не знакомому с языком SQL, строить запросы и отчеты; Oracle Browser — помогает через дружелюбный графический интерфейс легко и эффективно находить информацию в рас­ пределенной среде; Oracle Office — пакет для автоматизации офисной дея­ тельности.

Архитектура Sybase System И. Фирма Sybase — один из ведущих производителей промышленных СУБД, средств разработки приложений и других продуктов, реализующих технологию клиент/сервер. Sybase System выпущена для основных Unix-платформ.

Sybase SQL Server — реляционная СУБД. Sybase SQL Server 11 отно­ сится к классу открытых систем. Ниже перечислены основные принципы построения Sybase SQL Server 11.

1. Масштабируемость, производительность и эффективность системы основывается на следующих факторах:

•Sybase SQL Server 11 работает на множестве платформ (от персо­ нальных компьютеров до многопроцессорных суперсерверов);

•обеспечена высокая производительность на каждой платформе бла­ годаря тесному взаимодействию с производителями аппаратуры и оптими­ зации характеристик;

•полностью симметричная многопотоковая СУБД .

2. Sybase SQL Server 11 обеспечивает надежность и целостность данных:

264

13.2.Варианты выбора распределенной СУБД

•сервер поддерживает механизмы триггеров и хранимых процедур, декларативной ссылочной целостности, транзакций и т.д.;

•СУБД соответствует уровню безопасности С2 NCSA (National Com­ puter Security Council).

3.Доступность данных повышает производительность системы:

•Sybase SQL Server 11 программно поддерживает зеркальный журнал

изеркальную БД;

•высокоскоростные средства загрузки и восстановления минимизи­ руют влияние этих операций на работу системы.

4.Соответствие стандартам:

•Sybase SQL Server 11 соответствует стандартам ANSI/ISO SQL-89 и entry-level ANSI/ISO SQL-92;

•поддерживает приложения в стандарте ODBC и Х/Ореп ХА;

•Sybase SQL Server 11 может поддерживать различные сетевые про­ токолы, что позволяет подключить клиента к серверу практически на каж­ дой платформе.

5.Управление и поддержка:

•наличие многопотоковой архитектуры означает, что на компьютере запускается и требует управления только один процесс — СУБД;

•для симметричной мультипроцессорной обработки можно конфигу­ рировать количество процессоров, доступных для СУБД;

•имеется набор продуктов для конфигурирования областей памяти, пользователей, контроля доступа и производительности — от одной БД до множества сетей в масштабах предприятия.

Sybase SQL Server 11 имеет свои особенности.

1.Запись в журнал из кэша происходит пакетами, что повышает производительность.

2. При создании таблицы или индекса можно указывать максимальное число строк, хранимых на странице данных или индекса.

3. Sybase SQL Server 11 поддерживает новый уровень изоляции О, по­ зволяющий другим транзакциям считывать измененные, но незафиксиро­ ванные данные.

4. Имеется возможность конфигурирования того времени, через кото­ рое выполняется проверка взаимных блокировок транзакций.

5. Можно управлять эскалацией блокировок, т.е. предельным числом блокировок страниц данных для таблицы, при достижении которого тран­ закция будет блокировать таблицу целиком.

6. Сетевым обменом могут заниматься все процессоры в SMP-системе (в Sybase SQL Server 10 сетевым обменом занимался только один процессор).

7. Библиотеки Sybase обеспечивают работу серверных и клиентских компонентов со множеством сетевых протоколов от разных производите­ лей. Архитектура Sybase SQL Server 11 позволяет как приложению-клиенту, так и серверу одновременно работать с несколькими интерфейсами.

265

13.Выбор общесистемных пакетов

8.Sybase SQL Server 11 поддерживает как синхронную, так и асин­ хронную модель управления транзакциями. Модель выбирается в соответ­ ствии с требованиями ПО.

Sybase МРР — это расширение Sybase SQL Server 11, разработанное и оптимизированное для массовой параллельной обработки. Это средство обладает открытой параллельной архитектурой, предназначенной для под­ держки очень больших БД (VLDB). Sybase МРР использует стандартный SQL и открытые интерфейсы. С ним работают те же приложения, что и с Sybase SQL Server 11, без необходимости перепрограммирования.

Sybase МРР параллельно выполняет операции считывания (выборки), добавления, обновления и удаления записей. Параллельно выполняются загрузка/восстановление и создание индексов. Архитектура Sybase МРР не содержит узких мест, связанных с разделяемой памятью или разделяемым дисковым пространством. При выполнении параллельной выборки Sybase МРР использует индексы.

Дополнительные процессоры и диски могут добавляться в систему постепенно, достигая масштабируемости в сотни раз. Имеется возможность тиражировать и перезагружать ключевые компоненты распределенной сис­ темы так, чтобы обеспечить быстрое ее восстановление при сбоях.

С точки зрения приложений и пользователей Sybase МРР выглядит как сервер с одной логической БД. Для этой БД работает оптимизатор за­ просов. Поддерживаются хранимые процедуры и глобальный репозитарий, где хранится информация о размещении данных. Для управления системой имеются графические утилиты.

Sybase IQ — серверный механизм построения битовых индексов для высокоскоростного выполнения сложных запросов к большим объемам данных. В отличие от технологий, основанных на 5-деревьях, при добавле­ нии, например, 10 млн строк в таблицу, где уже есть десятки миллионов строк, Sybase IQ просто построит дополнительные страницы индекса и не потребует перестраивать весь индекс целиком.

Sybase SQL Anywhere — «легкая» полнофункциональная СУБД на Intel-платформах для мобильных пользователей и небольших групп. Sybase SQL Anywhere — это новое название для пятой версии Watcom SQL. Это название отражает как интеграцию продукта в архитектуру Sybase System 11, так и появление средств обеспечения работы удаленных пользователей и обмена данными.

Sybase Replication Server — репликационный сервер для построения распределенных систем на основе тиражирования данных.

Sybase OmniConnect — сервер, обеспечивающий работу приложенийклиентов в прозрачном режиме с несколькими серверами так, как будто работа идет с одним сервером. При этом в распределенную систему могут включаться СУБД различных производителей: Sybase, Oracle, Informix, IBM и т.д. OmniConnect осуществляет унифицированный доступ приложений к

266

13.2. Варианты выбора распределенной СУБД

разнородным источникам данных. Специальные шлюзовые компоненты организуют работу в системе со многими промышленными СУБД, включая Oracle, Informix, Ingres, DB/2, RMS, ISAM и др.

Вспомогательные серверные продукты Sybase System И содержат следующие компоненты.

1. Sybase Backup Server — специальный сервер для выгрузки и загруз­ ки БД, не требующий остановки SQL Server и не снижающий его произво­ дительности.

2.Sybase Monitor Server — в сочетании с графической клиентской ча­ стью выполняет мониторинг различных параметров состояния SQL Server.

3.Sybase Replication Agent — специальные компоненты, отслежи­ вающие изменения в данных через журналы транзакций различных СУБД для включения их в систему репликации. Replication Agent существуют, в частности, для Sybase SQL Server, Oracle, DB2, Sybase SQL Anywhere.

4.Sybase Audit Server записывает информацию о действиях пользова­ телей в специальную БД, доступную для анализа.

Кинструментальным средствам фирмы Sybase относятся, в частности, средства быстрой разработки приложений PowerBuilder и CASE-система S-Designor, выпускаемые подразделением Powersoft. Эти средства работают со всеми основными СУБД.

Продукты фирмы Informix, Informix реализует стратегию открытых систем. Общую основу для эволюционного развития программных продук­ тов фирмы Informix составляют различные варианты систем-серверов БД.

Серверы баз данных.

1. INFORMIX-OnLine Dynamic Server — мощный многопотоковый сервер баз данных, предназначенный для использования как на традицион­ ной однопроцессорной архитектуре, так и на многопроцессорных системах.

2.INFORMIX-OnLine Secure/Dynamic Server — развитие OnLine Dy­ namic Server с возможностями многоуровневой защиты данных.

3.INFORMIX-OnLine — мощный OLTP-сервер БД, поддерживающий хранимые процедуры, триггеры, контроль целостности данных.

4.INFORMIX-OnLine/Optical — позволяет использовать внешнюю память на оптических дисках большого объема для хранения двоичных объ­ ектов большого размера (BLOB).

5.INFORMIX-OnLine Workstation Manual — интерактивная справоч­ ная система, обеспечивающая удобную работу с документацией по OnLine Dynamic Server.

6.INFORMIX-SE (запусти и работай) — простой в работе и обслужи­ вании сервер БД. Обеспечивает высокую производительность, сохранение данных, поддержку архитектуры клиент/сервер, стандарта SQL с мини­ мальными требованиями к администрированию.

7.INFORMIX-OnLine Extended Parallel Server (OnLine XPS) — расши­ ряет архитектуру на слабо связанные структуры и структуры типа shared-

267

13. Выбор общесистемных пакетов

nothing, включая кластеры симметричных многопроцессорных систем и массовые параллельные системы. OnLine XPS разработан для поддержки масштабируемых СУБД оперативной обработки транзакций, хранилищ дан­ ных, обработки изображений, обработки и хранения документов и прило­ жений, связанных с документооборотом. OnLine XPS предоставляет новые возможности, включая параллельное выполнение расширенного набора SQL-операций, средства повышения надежности и комплект инструментов для управления системами, который базируется на Tivoli Management Envi­ ronment (ТМЕ).

Средства интеграции.

1. INFORMIX-STAR — обеспечивает реализацию распределенных БД для сервера OnLine, включая средства выполнения операций многоузлового соединения и прозрачного завершения транзакций методом двухфазной фиксации (эти возможности встроены в OnLine Dynamic Server).

2.INFORMIX-NET — создание связей клиент—сервер между OnLine Dynamic Server и приложениями на базе продуктов Informix.

3.INFORMIX-Gateway with DRDA — интегрирует реляционные БД фирмы IBM (DB2, DB2/400, DB2/VM и др.) с Informix-приложениями без установки продуктов Informix на машинах IBM.

4.INFORMIX-TP/XA — средство связи серверов Informix с менедже­ рами транзакций Х/Ореп-ХА с полной поддержкой транзакций в глобальной распределенной БД или компьютерной сети.

5.INFORMIX-Enterprise Gateway — эта система-шлюз позволяет ин­ тегрировать обширный набор реляционных СУБД других фирм-поставщи­ ков с инструментарием и готовыми прикладными системами, создаваемыми на базе средств Informix, в операционных средах Unix или MS Windows. Доступ к внешним БД обеспечивается пакетом EDA/SQL как с помощью запросов на стандартном языке SQL, так и с помощью механизма удаленно­ го вызова процедур. Среди СУБД, доступ к которым осуществляется через шлюз INFORMIX-Enteфrise Gateway, — Adabas, IBM DB2, Ingres, Oracle, Sybase, Total (всего более 60 СУБД для 35 различных платформ).

6.C-ISAM — библиотека функций на языке С, обеспечивающая рабо­ ту с файлами баз данных Informix. Согласуется с Х/Ореп.

Средства разработки приложений.

1.INFORMIX-NewEra — инструментальная среда нового поколения для разработки масштабируемых высокопроизводительных систем кли­ ент—сервер, которая предоставляет мощный и гибкий язык разработки приложений, средства визуального программирования, поддержку коллек­ тивной работы над проектом, средства связи с существующими базами дан­ ных (Sybase, Oracle). INFORMIX-NewEra является расширением реализо­ ванного ранее в инструментарии Informix языка 4GL. Графический интер­ фейс дополняется в INFORMIX-NewEra мощным объектно-ориентирован­ ным языком разработки приложений и средствами моделирования техноло-

268

13.2. Варианты выбора распределенной СУБД

гических процессов обработки данных. Библиотеки классов для систем про­ граммирования на основе языка C++ легко интегрируются в библиотеку многократно используемых компонентов, которой располагает пользователь INFORMIX-NewEra.

2.INFORMIX-4GL — язык четвертого поколения (4GL) — отличи­ тельная черта всех современных распределенных СУБД. Группа инструмен­ тальных программ INF0RMIX-4GL включает систему быстрого макетиро­ вания RDS, интерактивный отладчик ID и компилятор 4GL. Для ускорения разработки ПП на языке 4GL можно использовать инструмент 4GL Forms — генератор образов документов и текстов программ на языке 4GL.

3.INF0RMIX-4GL for Windows — может переносить готовые компо­ ненты задач из Unix в MS Windows либо создавать системы клиент/сервер на базе двух этих сред. Для переноса компонентов задач предназначена сре­ да INF0RMIX-4GL/GX, а для новых разработок целесообразно использо­ вать группу инструментов INF0RMIX-4GL for Windows. В этом случае наи­ более полно используются все возможности графического пользовательско­ го интерфейса. Интеграция аналогичных возможностей INF0RMIX-4GL для Unix достигается использованием инструментов в среде OSF-Motif.

4.INFORMIX-NewEra ViewPoint Pro — набор графических средств разработки малых и средних по размеру прикладных систем; включает ге­ нератор форм и отчетов, конструктор пользовательских приложений и ре­ дактор SQL-запросов с возможностью создания высокоспециализированных схем баз данных.

Средства пользовательского доступа.

INFORMIX-NewEra ViewPoint — этот инструмент позволяет готовить образы отчетных документов высокого полиграфического качества. Как инструмент для конечного пользователя, он не требует навыков программи­ рования (применяется известная модель «отметь и подтверди» — point & click). Использование ViewPoint не требует знания языка запросов к БД и знания структуры БД. Применяется принцип «сокрытия сложности», реали­ зуемый благодаря созданию администратором БД «панорам баз данных» — SuperViews.

Серверы приложений. В настоящее время для разработки серверов приложений все чаще используют мониторы обработки транзакций (Trans­ action Processing Monitor — ТРМ), или, проще, мониторы транзакций — программные системы, обеспечивающие эффективное управление инфор­ мационно-вычислительными ресурсами в распределенной системе. ТРМ относят к категории middleware, т.е. к посредническому или промежуточ­ ному программному обеспечению. Они представляют гибкую, открытую среду для разработки и управления мобильными приложениями, ориенти­ рованными на оперативную обработку распределенных транзакций. Важ­ ными характеристиками ТРМ являются: масштабируемость, поддержка функциональной полноты целостности приложений, достижение макси-

269