Реализация распределенной базы данных с удаленным доступом

      Многие  персональные приложения не используют понятия множественной транзакции и предполагают обычно, что каждая операция базы данных выполняется немедленно. Для поддержки такого представления InterBase 4.0 использует возможность автоматической фиксации, которая принудительно интерпретирует каждое обновление как полную транзакцию.

      С этой целью в InterBase 4.0 поддерживается сохранение контекста курсора. Это  позволяет поддерживать текущий  курсор даже после завершения транзакции.

      Когда сервер использует в качестве своего интерфейса исключительно SQL, он ограничен налагаемыми SQL правилами блокировок транзакций. В соответствии с правилами SQL пользователь может определить уровень выделения, но не может управлять блокировками (их установкой и отменой). Персональные приложения используют парадигмы явных и монопольных блокировок и в общем случае не применяют неявных блокировок. Более того, может потребоваться, чтобы запрашиваемые приложением блокировки сохранялись в течение транзакции, пока не будут явным образом отменены пользователем.

      Для обеспечения потребностей пользователей персональных приложений PC, InterBase 4.0 поддерживает явные блокировки, но следует также и стандартной модели сервера, которая обеспечивает явные блокировки для традиционных пользователей SQL.

      Персональные  приложения часто позволяют пользователю просматривать большие объемы данных. Устанавливать для таких записей блокировки по чтению непрактично. В типичной системе клиент-сервер клиентское приложение выводит пользователю набор данных, не устанавливая на сервере никаких блокировок. Для поддержки целостности и согласованности данных клиентское приложение вынуждено следовать одним из путей:  

• Через регулярные интервалы обновлять данные путем  опроса сервера.
• Игнорировать изменения и продолжать выводить старые данные. Изменения распознаются, только если пользователь пытается обновить данные. В этом случае приложение информирует пользователей, что другое приложение изменило данные, и отражает это изменение.
• Блокировать все кэшируемые данные

 

В InterBase 4.0 предусмотрена специальная технология, которая называется обновлением кэша. Используя это средство, приложение IDAPI может идентифицировать диапазон интересующих его записей и регистрирует это на сервере. Когда в записи из этого диапазона происходит изменение (например, параллельно работающий пользователь модифицирует запись), сервер инициирует событие, которое уведомляет клиентское приложение с помощью механизмов уведомления о событиях - InterBase 4.0 Event Alerters. Клиентское приложение получает это событие и может либо игнорировать его, либо запросить изменение записей в данном диапазоне.

      InterBase 4.0 допускает использование для  хранения данных и работы с  ними нескольких национальных  наборов символов. Для всех строковых  операций и операций с объектами  BLOB поддерживаются как 8-битовые,  так и 16-битовые наборы. Заданный по умолчанию набор символов и порядок сравнения можно определить для базы данных в целом. Сравнение можно также определить с помощью предложения Order By в операторе Select. Для спецификации символов национальных алфавитов можно использовать строковые литералы с префиксом имени набора символов. В стандартный комплект поставки включена поддержка кодовой таблицы ANSI 1251, являющейся стандартом при работе с русским языком в среде Windows.

2.5 Выбор  средств разработки

 

      В качестве CASE-средства использован программный продукт ERWin 2.5 фирмы Logic Works. ERwin - средство разработки структуры базы данных. ERwin сочетает графический интерфейс Windows, инструменты для построения ER-диаграмм, редакторы для создания логического и физического описания модели данных и прозрачную поддержку ведущих реляционных СУБД и настольных баз данных. С помощью ERwin можно создавать или проводить обратное проектирование (реинжиниринг) баз данных.

      Предыдущие  версии ERwin - 1.5 и 2.1 - завоевали все возможные призы среди программ своего класса, в том числе DBMS Readers' Choice в 1992, 1993, 1994, 1995 годах, Software Development Productivity Award 1993, Data Based Advisor Readers' choice 1992 и 1994. Текущая версия продукта - 2.6.

      ERWin позволяет проводить анализ системы как в стандарте IDEF1X, так и в стандарте IE, что увеличивает удобство работы с продуктом. ERwin объединяет логический и физический уровни представления модели в единую диаграмму, что позволяет провести анализ предметной области и полностью разработать структуры базы данных используя только один программный продукт. Выбор этого продукта обусловлен также возможностью легкого переноса разработанной  модели на другой сервер баз данных.

      Для написания клиентской части приложений использована среда разработчика Borland Delphi C/S 2.01. Delphi относится к средствам быстрой разработки приложений (RAD - Rapid Applications Development). Определяющим фактором при выборе Delphi в качестве средства разработки клиентской части является наличие большой библиотеки объектов для быстрого построения приложений, работающих с базами данных. Кроме того,  Delphi поддерживает интерфейс PVCS, что позволяет вести параллельную разработку проекта несколькими программистами.

      Для разработки процессов, функционирующих на стороне сервера использована среде разработки Microsoft Visual C 4.2 из пакета Microsoft Developer Studio. Эта среда сочетает в себе мощь языка C++, удобные средства отладки программ и навигации по тексту. Кроме того, она позволяет использовать в программах все возможности операционной системы (RPC, RAS, TAPI, сервисы Windows NT).

2.6 Организация  взаимодействия между  серверами

2.6.1 Выбор модели распределенной  базы данных

 

      Так как для обмена данными между  серверами предполагается использовать медленные асинхронные каналы связи, а также учитывая большое количество серверов в данной информационной системе использован механизм репликации данных. Недостатки этого механизма, такие как задержка синхронизации различных копий данных, для данной системы играют малую роль.

2.6.2 Модель взаимодействия

 

      Для организации репликации данных и  удаленного администрирования серверов в районах необходимо предусмотреть  средства взаимодействия между серверами. При анализе процесса взаимодействия серверов можно выделить следующие компоненты системы:

• Процесс-клиент (сервер 1)
• Среда передачи данных
• Процесс-сервер (сервер 2)

 

      В этой схеме в каждый конкретный момент времени в качестве клиента выступает  один из взаимодействующих серверов. Таким образом, на каждом из серверов в любой момент времени должен быть запущен процесс, отвечающий за взаимодействие с удаленным узлом сети. В Windows NT в качестве такого процесса может выступать специально разработанный сервис операционной системы (system service). Он должен «уметь» обслуживать подключения удаленных клиентов, а также при необходимости сам выступать в роли клиента. Кроме того, на него можно возложить функции удаленного администрирования и резервного копирования данных.

      Для организации обмена информацией  в общем случае необходимо разработать протокол этого обмена, что само по себе является достаточно сложной задачей. Кроме того, необходимо реализовать поддержку сервисом различных транспортных протоколов (TCP/IP,  NetBIOS, IPX/SPX), что выливается в многократное дублирование программного кода. Для решения этой задачи использован слой вызова удаленных процедур Microsoft RPC (Microsoft Remote Procedure Call).

2.6.3 Использование слоя  RPC для распределенной обработки данных на платформе Windows NT

 

      В соответствие с моделью RPC любой сервер может рассматриваться как сервер вычислений, т.е. он может предоставлять свои вычислительные мощности клиентам. Рабочая станция может послать запрос серверу на выполнение определенных вычислений и возврат результатов. Используя RPC, клиент не только использует файлы и принтеры сервера, но и разделяет его центральный процессор с другими компьютерами в сети.

      Слой  Microsoft RPC - только часть стандарта среды для распределенных вычислений, названной OSF (Open Software Foundation), разработанной группой компаний для определения компонентов сетевой среды, которая поддерживает распределенные вычисления.

 

2.6.4 Компоненты Microsoft RPC

 

      Microsoft RPC включает следующие основные компоненты: 

• Компилятор  MIDL (Microsoft IDL)
• Библиотеки времени выполнения и заголовочные файлы.
• Модули транспортного интерфейса
• Сервис разрешения имен
• Сервис поддержки конечной точки

 

      В модели PRC можно формально определить интерфейс для удаленной процедуры, используя язык, специально разработанный для этой цели. Этот язык – IDL (Interface Definition Language - язык определения интерфейсов). Диалект языка, реалиçованный фирмой Microsoft, назван MIDL (Microsoft IDL).

      После создания интерфейса его описание обрабатывается компилятором MIDL. MIDL компилятор генерирует «заглушки» (stubs), которые транслируют вызовы локальных процедур в вызовы процедур, находящихся на сервере. «Заглушка» -- это процедура-заполнитель, которая делает вызовы библиотечных функций RPC для управления вызовами удаленных процедур. Применение заглушек обеспечивает прозрачность сетевого уровня для распределенных приложений. Клиентская программа вызывает их как локальные процедуры,  весь код, который передает данные по сети и принимает результаты, генерируется MIDL компилятором и невидим для разработчика.

2.6.5 Механизм работы RPC

 

      RPC позволяет клиенту напрямую вызывать процедуры, находящиеся в программе на удаленном сервере. Клиент и сервер имеют различные адресные пространства; так, каждый имеет свою собственную память, в которой распределены данные, используемые процедурами. Следующий рисунок иллюстрирует архитектуру RPC: 

 

Рис.2.3. Механизм работы RPC.

 

      Как показано на рис.2.3, клиентское приложение вызывает локальную заглушку вместо кода, непосредственно реализующего необходимую процедуру. Заглушка компилируется и линкуется с клиентским приложением. Заглушка клиента выполняет следующие действия: 

• Запрашивает необходимые параметры из адресного  пространства клиента
• Переводит параметры в стандартную форму представления данных в сети (NDR - standard network data representation)
• Вызывает необходимые функции из библиотеки времени выполнения RPC для отсылки запроса с параметрами на сервер.

 

      Заглушка  сервера выполняет следующие  шаги: 

• Библиотека  времени выполнения RPC принимает запрос и вызывает процедуру заглушки сервера
• Заглушка сервера принимает параметра из буфера и конвертирует их из формата NDR в формат, процедуры сервера.
• Заглушка вызывает необходимую процедуру на сервере.

 

      Удаленная процедура выполняется, генерирует выходные параметры и возвращаемое значение. Когда процедура завершена, следующие шаги возвращают данные клиенту: 

• Удаленная процедура возвращает данные заглушке сервера
• Заглушка сервера конвертирует возвращаемые параметры в формат NDR и возвращает их функции библиотеки времени выполнения RPC
• Библиотечные функции передают данные через сеть на клиентский компьютер

 

      Клиент  завершает процесс принятием  данных из сети и их возвратом вызывающей функции: 

• Клиентская  библиотека времени выполнения RPC принимает значения, возвращаемые удаленной процедурой и возвращает их заглушке
• Заглушка клиента конвертирует данные из формата NDR в формат, используемый клиентским приложением
• Приложение клиента продолжает свою работу.

 

      Для Microsoft Windows и Windows NT библиотеки времени выполнения используются двумя путями: как статическая библиотека, линкуемая в приложение; и библиотека, реализованная как DLL.

      Серверное приложение содержит вызовы библиотеки времени выполнения сервера, которая  регистрирует интерфейсы сервера и  позволяет серверу принимать  вызовы удаленных процедур. Серверное приложение также содержит специфичные для каждого приложения процедуры, которые вызываются с клиента.

      Таким образом, реализовав коммуникационный сервис на базе слоя RPC, можно существенно сэкономить время на разработке протоколов обмена информацией, а также получить систему, работающую по любым транспортным протоколам.

 

2.6.6 Организация логического канала  передачи данных

 

      Другой  компонент модели - среда передачи данных может быть реализована несколькими  способами. В простейшем случае она может быть построена на базе асинхронных каналов связи с использованием протоколов PPP (Point to Point Protocol), а также на базе существующих сетей X.25. На системный сервис можно также возложить ответственность за установление логического канала между серверами.