--PAGE_BREAK--
Согласованная с архитектурой OMA прикладная информационная система представляется как совокупность классов и экземпляров объектов, которые взаимодействуют при поддержке брокера объектных заявок (ORB — Object Request Broker). ORB, общие средства (Common Facilities) и объектные службы (Object Services) относятся к категории промежуточного программного обеспечения (middleware) и должны поставляться вместе. Объектные службы представляют собой набор услуг (интерфейсов и объектов), которые обеспечивают выполнение базовых функций, требуемых для реализации прикладных объектов и объектов категории «общие средства» (например, специфицированы служба именования объектов, служба долговременного хранения объектов, служба управления транзакциями и т.д.). Общие средства содержат набор классов и экземпляров объектов, поддерживающих функции, полезные в разных прикладных областях (например, средства поддержки пользовательского интерфейса, средства управления информацией и т.д.).
В основе OMA лежит базовая объектная модель COM (Core Object Model), в которой специфицированы такие понятия, как объект, операция, тип, подтипизация, наследование, интерфейс. Определены также способы согласованного расширения COM в разных объектных службах.
Интерфейсы объекта-клиента и объекта-сервера должны быть определены на специальном языке IDL (Interface Definition Language), который очень напоминает компонент спецификации класса (без реализации) языка Си++. Обращения к ORB могут быть сгенерированы статически при компиляции спецификаций IDL или выполнены динамически с использованием специфицированного в документах OMG API брокера объектных заявок. Правила построения и использования ORB определены в документе OMG CORBA (Common Object Request Broker Architecture).
Средства и методологии проектирования, разработки и сопровождения файл-серверных приложений
Файл-серверная информационная система, это система, которая в основном базируется на персональных компьютерах, используя в качестве внешней поддержки один или несколько файловых серверов, обеспечивающих значительные возможности управления внешней памятью, но не обладающих «интеллектом», поддерживая в основном только управление файлами. Практически во всех файл-серверных средствах и методологиях имеется тенденция к переходу к технологии «клиент-сервер». Файл-серверные архитектуры являются в большой степени облегченными вариантами клиент-серверных архитектур, хотя во многих случаях предлагаемые решения являются достаточными для небольшого по объему класса информационных систем.
1. Традиционные средства и методологии разработки файл-серверных приложений
Хотя для разработки файл-серверных приложений имеется целый ряд инструментальных средств, отсутствуют общепринятые методологии. Когда методологии используются, то они те же, что в клиент-серверных приложениях. Обычно же файл-серверные приложения проектируются и разрабатываются «по месту» без использования каких-либо стандартных методов.
Системы программирования третьего поколения 3GL являются предшественниками современных инструментальных средств и могут использоваться для разработки информационных приложений при наличии соответствующих встроенных или библиотечных средств для реализации диалога и доступа к базам данных.
Системы программирования для персональных компьютеров прошли долгий путь развития. Можно выделить три четкие языковые линии, которые оказывали друг на друга большое влияние, взаимно обогащаясь — это Си, Паскаль и Бейсик.
Основные вехи на пути развития систем программирования:
Переход от одиночных утилит систем программирования к интегрированным диалоговым средам программирования (например, семейство Turbo-продуктов фирмы Borland);
Развитие инструментальных наборов, расширяющих возможности систем программирования, в частности, в области диалога (разного рода Tool Box);
Появление объектно-ориентированных диалектов языков Си и Паскаль;
Возникновение операционной среды Windows со встроенной поддержкой диалога и первых Windows-приложений с помощью SDK (Software Development Keet);
Создание объектно-ориентированных библиотек, поддерживающих диалоговый режим работы в среде DOS и Windows (TurboVision, Object Windows и MFC);
Появление систем программирования, облегчающих создание приложений для DOS и Windows;
Развитие механизма встраивания и связывания объектов OLE 2;
Переход к визуальным системам программирования (Visual Си++, Delphi, Visual Basic), которые ориентированы на разработку информационных приложений.
Поддержка диалогового режима развивалась совместно с развитием самих систем программирования и была естественным образом интегрирована с ними. Библиотеки же доступа к базам данных развивались своим путем. Наибольшее число библиотек доступа из языков программирования уровня 3GL к реляционным СУБД на персональных компьютерах поддерживает семейство xBase (Clipper, FoxPro, dBase). Из языков программирования чаще всего используется Си.
Средства и методы разработки приложений на основе СУБД на персональных компьютерах
Приложения, созданные с использованием инструментальных средств программирования приложений, связанных с использованием баз данных на персональных компьютерах, занимают существенную долю файл-серверных приложений. Если рассматривать только «реляционные» (вернее, табличные) СУБД, то семейство xBase-продуктов является явным лидером по использованию для разработки одиночных и групповых информационных приложений. Следующее место занимает СУБД Paradox, а далее идут приложения, базирующиеся на использовании системы управления записями Clarion. Особняком стоят такие пакеты, как MS Access и Lotus Approach, которые позволили взглянуть по-новому на возможности персональных СУБД и до сих пор не оценены по-настоящему как профессиональные средства разработки приложений. Можно отметить следующие вехи на пути развития инструментальных средств и самих СУБД на персональных компьютерах:
Появление компонентов Assistant и Application Generator в dBase III Plus, упрощающих работу пользователя и позволяющих генерировать простейшие приложения или макеты приложений;
Выход в свет dBase-совместимых систем программирования (dBFast и Clipper), создающих исполняемый модуль приложения; разработка быстрого интерпретатора FoxBase для частично откомпилированного кода dBase-совместимых приложений;
Возникновение системы Paradox с оригинальным макроязыком PAL, существенно ориентированной на конечного пользователя;
Развитие многопользовательских версий СУБД для локальных сетей персональных компьютеров, дополненных средствами синхронизации на основе блокировок файлов и записей;
Появление системы dBase IV, включающую диалоговую среду Control Center, индексы, встроенные в файл БД, поддержку языка SQL и средства защиты БД;
Развитие Clipper с объектной ориентацией;
Обеспечение доступа из файл-серверных приложений к серверам БД (Borland SQL Link и Microsoft Connectivity Kit);
Внедрение технологии Rushmore, ускоряющей доступ к данным при помощи использования индексов;
Появление в FoxPro развитой среды разработки, ориентированной на разработку проектов и близкой по возможностям к средствам 4GL;
Дальнейшее расширение средств диалога (Foundation Read) в направление событийной управляемости;
Первые версии инструментальных средств, поддерживающие Windows-приложения, а вместе с ними типы данных Blob (Binary Large Objects);
Появление универсальных интерфейсов к различным СУБД (Borland IDAPI и Microsoft ODBC);
Первый продукт MS Access, направленный сугубо на создание Windows-приложений и содержащий средства объектно-ориентированного диалога, событийно-управляемого программирования, визуального конструирования интерфейса пользователя и многие другие черты, присущие системам программирования 4GL и RAD;
Появление новых визуальных объектно-ориентированных инструментальных средств и СУБД на ПК (MS Access 2.0, Visual FoxPro, CA-VisualObjects и Visual dBase).
2. Новые средства разработки файл-серверных приложений
Чем дальше, тем больше файл-серверные приложения сближаются с более развитыми технологиями клиент-серверных приложений. В последнее время появилась целая серия программных продуктов, позиционируемая одновременно как средства «легкой» разработки приложений для персональных компьютеров, так и более «тяжеловесной» разработки приложений в технологии «клиент-сервер». Это и хорошо, поскольку позволяет плавно изменять технологию.
Общая характеристика современных средств
В индустрии СУБД для персональных компьютеров отразились тенденции нормализации систем (Rightsizing). В последнее время в этой области происходили два встречных процесса: (1) разукрупнение серверов БД — появление новых версий серверов БД Informix, Oracle и т.д. сначала в варианте для рабочих групп, а потом облегченные версии для одиночных персональных компьютеров; (2) укрупнение СУБД для персональных компьютеров — новые «персональные» СУБД и связанные с ними инструментальные средства развивались в сторону «истинно реляционных» СУБД, т.е. серверов БД, приложений клиент-сервер и инструментальных средств программирования 4GL и быстрой разработки RAD.
Новые СУБД для персональных компьютеров и соответствующие инструментальные средства разработки
Визуальный характер программирования приложений особенно в части создания диалогового графического интерфейса пользователя. Это множество поддерживаемых диалоговых объектов, поддержка механизма drag-and-drop и наличие мастеров, помогающих реализовать сложные процедуры.
Управляемость приложений в соответствии с событиями диалога и обеспечение доступа к БД позволяет строить гибкий интерфейс пользователя и поддерживать ссылочную целостность БД.
Встроенная поддержка языка структурированных запросов SQL (Standard Query Language) закладывает возможность масштабирования создаваемых файл-серверных приложений до уровня приложений клиент-сервер.
Имеется возможность построения приложений клиент-сервер за счет реализации доступа к серверам БД напрямую или через интерфейс ODBC для открытого взаимодействия с базами данных.
Использование объектно-ориентированного языка разработки приложений (по крайней мере в части диалога) позволяет широко использовать механизм наследования и тем самым использовать ранее произведенные программные компоненты.
Поддержка компонентно-ориентированного программирования дает возможность расширения приложений за счет использования готовых внешних визуальных объектов типа VBX и OCX (ActiveX).
«Истинно реляционная» база данных представляет собой объединенный набор файлов, содержащий таблицы, индексы и т.п., что облегчает сопровождение БД и приложений и является основой для поддержки целостности данных.
Поддерживается общий для информационной системы словарь данных (data dictionary), который содержит описание структуры БД, типы полей, правила поддержки ограничений целостности и т.п.
Поддержка целостности БД (данных, ссылок и транзакций) позволяет создавать приложения с необходимым уровнем надежности и сохранности данных.
Возможности серверных процедур обработки (триггеров и хранимых процедур) закладывают основу для масштабирования приложений, позволяют гибко распределять прикладную логику между клиентом и сервером при переходе к архитектуре клиент-сервер.
Хранение в БД описания проекта создаваемого приложения является прообразом репозитория инструментальных средств быстрой разработки RAD и CASE-систем.
Средства и методологии проектирования, разработки и сопровождения приложений в архитектуре «клиент-сервер»
1. Базовые средства построения ИС в архитектуре «клиент-сервер»
Применительно к системам баз данных архитектура «клиент-сервер» актуальна главным образом потому, что обеспечивает простое и относительно дешевое решение проблемы коллективного доступа к базам данных в локальной сети. В некотором роде системы баз данных, основанные на архитектуре «клиент-сервер», являются приближением к распределенным системам баз данных, конечно, существенно упрощенным приближением, но зато не требующим решения основного набора проблем действительно распределенных баз данных.
Реальное распространение архитектуры «клиент-сервер» стало возможным благодаря развитию и широкому внедрению в практику концепции открытых систем.
Основным смыслом подхода открытых систем является упрощение комплексирования вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов. Главной побудительной причиной развития концепции открытых систем явились повсеместный переход к использованию локальных компьютерных сетей и необходимость решения проблем комплексирования аппаратно-программных средств, которые вызвал этот переход. В связи с бурным развитием технологий глобальных коммуникаций открытые системы приобретают еще большее значение и масштабность.
Ключевой фразой открытых систем, направленной в сторону пользователей, является независимость от конкретного поставщика. Ориентируясь на продукцию компаний, придерживающихся стандартов открытых систем, потребитель, который приобретает любой продукт такой компании, не попадает к ней в рабство. Он может продолжить наращивание мощности своей системы путем приобретения продуктов любой другой компании, соблюдающей стандарты. Причем это касается как аппаратных, так и программных средств и не является необоснованной декларацией. Реальная возможность независимости от поставщика проверена в отечественных условиях.
Практической опорой системных и прикладных программных средств открытых систем является стандартизованная операционная система. В настоящее время такой системой является UNIX. Фирмам-поставщикам различных вариантов ОС UNIX в результате длительной работы удалось придти к соглашению об основных стандартах этой операционной системы. Сейчас все распространенные версии UNIX в основном совместимы по части интерфейсов, предоставляемых прикладным (а в большинстве случаев и системным) программистам. Как кажется, несмотря на появление претендующей на стандарт системы Windows NT, именно UNIX останется основой открытых систем в ближайшие годы.
Технологии и стандарты открытых систем обеспечивают реальную и проверенную практикой возможность производства системных и прикладных программных средств со свойствами мобильности (portability) и интероперабельности (interoperability). Свойство мобильности означает сравнительную простоту переноса программной системы в широком спектре аппаратно-программных средств, соответствующих стандартам.
Использование подхода открытых систем выгодно и производителям, и пользователям. Прежде всего открытые системы обеспечивают естественное решение проблемы поколений аппаратных и программных средств. Производители таких средств не вынуждаются решать все проблемы заново; они могут, по крайней мере, временно продолжать комплексировать системы, используя существующие компоненты.
Преимуществом для пользователей является то, что они могут постепенно заменять компоненты системы на более совершенные, не утрачивая работоспособности системы. В частности, в этом кроется решение проблемы постепенного наращивания вычислительных, информационных и других мощностей компьютерной системы.
Вызовы удаленных процедур
Общим решением проблемы мобильности систем, основанных на архитектуре «клиент-сервер» является опора на программные пакеты, реализующие протоколы удаленного вызова процедур (RPC — Remote Procedure Call). При использовании таких средств обращение к сервису в удаленном узле выглядит как обычный вызов процедуры. Средства RPC, в которых, естественно, содержится вся информация о специфике аппаратуры локальной сети и сетевых протоколов, переводит вызов в последовательность сетевых взаимодействий. Тем самым, специфика сетевой среды и протоколов скрыта от прикладного программиста.
2. Серверы баз данных как базовая системная поддержка информационной системы в архитектуре «клиент-сервер»
Термин «сервер баз данных» обычно используют для обозначения всей СУБД, основанной на архитектуре «клиент-сервер», включая и серверную, и клиентскую части. Такие системы предназначены для хранения и обеспечения доступа к базам данных.
Хотя обычно одна база данных целиком хранится в одном узле сети и поддерживается одним сервером, серверы баз данных представляют собой простое и дешевое приближение к распределенным базам данных, поскольку общая база данных доступна для всех пользователей локальной сети.
Понятие сервера баз данных
Доступ к базе данных от прикладной программы или пользователя производится путем обращения к клиентской части системы. В качестве основного интерфейса между клиентской и серверной частями выступает язык баз данных SQL.
Этот язык по сути дела представляет собой текущий стандарт интерфейса СУБД в открытых системах. Собирательное название SQL-сервер относится ко всем серверам баз данных, основанных на SQL. Соблюдая предосторожности при программировании, можно создавать прикладные информационные системы, мобильные в классе SQL-серверов.
Серверы баз данных, интерфейс которых основан исключительно на языке SQL, обладают своими преимуществами и своими недостатками. Очевидное преимущество — стандартность интерфейса. В пределе, который вряд ли полностью достижим, клиентские части любой SQL-ориентированной СУБД могли бы работать с любым SQL-сервером вне зависимости от того, кто его произвел.
Недостаток тоже довольно очевиден. При таком высоком уровне интерфейса между клиентской и серверной частями системы на стороне клиента работает слишком мало программ СУБД. Это нормально, если на стороне клиента используется маломощная рабочая станция. Но если клиентский компьютер обладает достаточной мощностью, то часто возникает желание возложить на него больше функций управления базами данных, разгрузив сервер, который является узким местом всей системы.
Одним из перспективных направлений СУБД является гибкое конфигурирование системы, при котором распределение функций между клиентской и пользовательской частями СУБД определяется при установке системы.
Типичный сервер баз данных отвечает за выполнение следующих функций:
поддержание логически согласованного набора файлов;
обеспечение языка манипулирования данными;
восстановление информации после разного рода сбоев;
организацию реально параллельной работы нескольких пользователей.
Непосредственное управление данными во внешней памяти
Эта функция включает обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения непосредственных данных, входящих в БД, так и для служебных целей, например, для убыстрения доступа к данным в некоторых случаях (обычно для этого используются индексы). В некоторых реализациях серверов баз данных активно используются возможности существующих файловых систем, в других работа производится вплоть до уровня устройств внешней памяти. Но в развитых СУБД пользователи в любом случае не обязаны знать, использует ли СУБД файловую систему, и если использует, то как организованы файлы. В частности, СУБД поддерживает собственную систему именования объектов БД.
Управление буферами оперативной памяти
Серверы баз данных обычно работают с БД значительного размера; по крайней мере этот размер обычно существенно больше доступного объема оперативной памяти. Понятно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти. При этом, даже если операционная система производит общесистемную буферизацию (как в случае ОС UNIX), этого недостаточно для целей СУБД, которая располагает гораздо большей информацией о полезности буферизации той или иной части БД. Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.
Управление транзакциями
Транзакция — это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается в состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД. Если воспользоваться примером информационной системы с файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ, то единственным способом не нарушить целостность БД при выполнении операции приема на работу нового сотрудника является объединение элементарных операций над файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ в одну транзакцию. Таким образом, поддержание механизма транзакций является обязательным условием даже однопользовательских СУБД (если, конечно, такая система заслуживает названия СУБД). Но понятие транзакции гораздо более важно в многопользовательских СУБД.
Журнализация
Одним из основных требований к СУБД является надежное хранение данных во внешней памяти. Под надежностью хранения понимается то, что СУБД должна быть в состоянии восстановить последнее согласованное состояние БД после любого аппаратного или программного сбоя. Обычно рассматриваются два возможных вида аппаратных сбоев: так называемые мягкие сбои, которые можно трактовать как внезапную остановку работы компьютера (например, аварийное выключение питания), и жесткие сбои, характеризуемые потерей информации на носителях внешней памяти. Примерами программных сбоев могут быть: аварийное завершение работы СУБД (по причине ошибки в программе или в результате некоторого аппаратного сбоя) или аварийное завершение пользовательской программы, в результате чего некоторая транзакция остается незавершенной. Первую ситуацию можно рассматривать как особый вид мягкого аппаратного сбоя; при возникновении последней требуется ликвидировать последствия только одной транзакции.
Языки БД
Для работы с базами данных используются специальные языки, в целом называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. Чаще всего выделялись два языка — язык определения схемы БД (SDL — Sсhema Definition Language) и язык манипулирования данными (DML — Data Manipulation Language). SDL служил главным образом для определения логической структуры БД, т.е. той структуры БД, какой она представляется пользователям. DML содержал набор операторов манипулирования данными, т.е. операторов, позволяющих заносить данные в БД, удалять, модифицировать или выбирать существующие данные.
В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, и обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных. Стандартным языком наиболее распространенных в настоящее время реляционных СУБД является язык SQL (Structured или Standard Query Language).
Прежде всего, язык SQL сочетает средства SDL и DML, т.е. позволяет определять схему реляционной БД и манипулировать данными. При этом именование объектов БД (для реляционной БД — именование таблиц и их столбцов) поддерживается на языковом уровне в то смысле, что компилятор языка SQL производит преобразование имен объектов в их внутренние идентификаторы на основании специально поддерживаемых служебных таблиц-каталогов. Внутренняя часть СУБД (ядро) вообще не работает с именами таблиц и их столбцов.
Язык SQL содержит специальные средства определения ограничений целостности БД. Опять же, ограничения целостности хранятся в специальных таблицах-каталогах, и обеспечение контроля целостности БД производится на языковом уровне, т.е. при компиляции операторов модификации БД компилятор SQL на основании имеющихся в БД ограничений целостности генерирует соответствующий программный код.
продолжение
--PAGE_BREAK--