Двухзвенные схемы

Распределение приложения между большим числом компьютеров может повы­сить качество его выполнения (скорость, количество одновременно обслуживае­мых пользователей и т. д.), но при этом существенно усложняется организация самого приложения, что может просто не позволить воспользоваться потен­циальными преимуществами распределенной обработки. Поэтому на практике приложение обычно разделяют на две или три части и достаточно редко — на большее число частей. Наиболее распространенной является двухзвенная схема, распределяющая приложение между двумя компьютерами. Перечисленные выше типовые функциональные части приложения можно разделить между двумя ком­пьютерами различными способами.

Рассмотрим сначала два крайних случая двухзвенной схемы, когда нагрузка в основном ложится на один узел — либо на центральный компьютер, либо на кли­ентскую машину.

В централизованной схеме (рис. 9.1, а) компьютер пользователя работает как тер­минал, выполняющий лишь функции представления данных, тогда как все ос­тальные функции передаются центральному компьютеру. Ресурсы компьютера пользователя используются в этой схеме в незначительной степени, загружен­ными оказываются только графические средства подсистемы ввода-вывода ОС, отображающие на экране окна и другие графические примитивы по командам центрального компьютера, а также сетевые средства ОС, принимающие из сета команды центрального компьютера и возвращающие данные о нажатии клавиш и координатах мыши. Программа, работающая на компьютере пользователя, час­то называется эмулятором терминала — графическим или текстовым, в зависи­мости от поддерживаемого режима. Фактически эта схема повторяет организа­цию многотерминальной системы на базе мэйнфрейма с тем лишь отличием, что вместо терминалов используются компьютеры, подключенные не через локаль­ный интерфейс, а через сеть, локальную или глобальную.

Рис. 9.1.Варианты распределения частей приложения по двухзвенной схеме

Главным и очень серьезным недостатком централизованной схемы является ее недостаточная масштабируемость и отсутствие отказоустойчивости. Произво­дительность центрального компьютера всегда будет ограничителем количества пользователей, работающих с данным приложением, а отказ центрального ком­пьютера приводит к прекращению работы всех пользователей. Именно из-за этих недостатков централизованные вычислительные системы, представленные мэйн­фреймами, уступили место сетям, состоящим из мини-компьютеров, RISC-серверов и персональных компьютеров. Тем не менее, централизованная схема иногда применяется как из-за простоты организации программы, которая почти цели­ком работает на одном компьютере, так и из-за наличия большого парка не рас­пределенных приложений.

В схеме «файловый сервер» (рис. 9.1, б) на клиентской машине выполняются все части приложения, кроме файловых операций. В сети имеется достаточно мощ­ный компьютер, имеющий дисковую подсистему большого объема, который хра­нит файлы, доступ к которым необходим большому числу пользователей. Этот компьютер играет роль файлового сервера, представляя собой централизованное хранилище данных, находящихся в разделяемом доступе. Распределенное при­ложение в этой схеме мало отличается от полностью локального приложения. Единственным отличием является обращение к удаленным файлам вместо ло­кальных. Для того чтобы в этой схеме можно было использовать локальные при­ложения, в сетевые операционные системы ввели такой компонент сетевой фай­ловой службы, как редиректор, который перехватывает обращения к удаленным файлам (с помощью специальной нотации для сетевых имен, такой, например, как //server1/doc/file.txt) и направляет запросы в сеть, освобождая приложение от необходимости явно задействовать сетевые системные вызовы.

Файловый сервер представляет собой компонент наиболее популярной сетевой службы — сетевой файловой системы, которая лежит в основе многих распре­деленных приложений и некоторых других сетевых служб. Первые сетевые ОС (NetWare компании Nove11, IВМ РС LAN Program, Microsoft MS-Net) обычно поддерживали две сетевые службы — файловую службу и службу печати, остав­ляя реализацию остальных функций разработчикам распределенных приложе­ний.

Такая схема обладает хорошей масштабируемостью, так как дополнительные поль­зователи и приложения добавляют лишь незначительную нагрузку на централь­ный узел — файловый сервер. Однако эта архитектура имеет и свои недостатки:

· во многих случаях резко возрастает сетевая нагрузка (например, многочис­ленные запросы к базе данных могут приводить к загрузке всей базы данных в клиентскую машину для последующего локального поиска нужных запи­сей), что приводит к увеличению времени реакции приложения;

· компьютер клиента должен обладать высокой вычислительной мощностью, чтобы справляться с представлением данных, логикой приложения, логикой данных и поддержкой операций базы данных.

Другие варианты двухзвенной модели более равномерно распределяют функции между клиентской и серверной частями системы. Наиболее часто использует­ся схема, в которой на серверный компьютер возлагаются функции проведения внутренних операций базы данных и файловых операций (рис. 9.1, в). Клиент­ский компьютер при этом выполняет все функции, специфические для данного приложения, а сервер — функции, реализация которых не зависит от специфически приложения, из-за чего эти функции могут быть оформлены в виде сетевых служб. Поскольку функции управления базами данных нужны далеко не всем приложениям, то в отличие от файловой системы они чаще всего не реализуются в виде службы сетевой ОС, а являются независимой распределенной приклад­ной системой. Система управления базами данных (СУБД) является одним и: наиболее часто применяемых в сетях распределенных приложений. Не все СУБД являются распределенными, но практически все мощные СУБД, позволяющие поддерживать большое число сетевых пользователей, построены в соответствии с описанной моделью клиент-сервер. Сам термин «клиент-сервер» справедлив для любой двухзвенной схемы распределения функций, но исторически он оказался наиболее тесно связанным со схемой, в которой сервер выполняет функции по управлению базами данных (и, конечно, файлами, в которых хранятся эти базы) и часто используется как синоним этой схемы.