Теория проектирования удаленных баз данных

Рис.2. Схема взаимодействия клиента и объекта COM

Чтобы получить доступ к агрегатной функции расчета среднего, клиент должен получить указатель на интерфейс IAgregate, а затем обратится к этой функции.

Взаимодействие между клиентом и объектом обеспечивается базовыми механизмами COM. При этом от клиента скрыто, где именно расположен объект: в адресном пространстве того же процесса, в другом процессе или на другом компьютере. Поэтому с точки зрения разработчика клиентского ПО использование функций электронной таблицы выглядит как обычное обращение к методу объекта. Механизм обеспечения взаимодействия между удаленными элементами COM называется маршалингом (marshalling).

Возникает вопрос - как происходит создание и инициализация объекта COM при первом обращении клиента? Сомнительно, чтобы ОС самостоятельно создавала экземпляры всех зарегистрированных в ней классов в надежде, что один их них понадобится. А ведь для работы объекта требуются еще и серверы. Представьте, что каждый раз при загрузке Windows настойчиво запускает Word, excel, Internet Explorer и т.д.

Любой объект COM является обычным экземпляром некоторого класса, описывающего его свойства и методы. Информация обо всех зарегистрированных и доступных в данной ОС классах COM собрана в специальной библиотеке COM, которая используется для запуска экземпляра класса - объекта.

Сначала объект обращается к библиотеке COM, передавая ей имя требуемого класса и необходимого в первую очередь интерфейса. Библиотека находит нужный класс и сначала запускает сервер, который затем создает объект - экземпляр класса. После этого библиотека возвращает клиенту указатели на объект и интерфейс. В последующей работе клиент может обращаться непосредственно к объекту и его интерфейсам.

После создания наступает очередь инициализации - объект должен загрузить необходимые данные, считать настройки из системного реестра и т.д. за это отвечают специальные объекты COM, которые называются моникерами (monikers). Они работают скрытно от клиента. Обычно моникер создается вместе с классом.

Довольно реальной представляется ситуация, когда одновременно несколько клиентов обращаются к одному объекту. При соответствующих настройках для каждого клиента создается отдельный экземпляр класса. За выполнение этой операции отвечает специальный объект COM, который называется фабрикой класса.

Наконец, остался не рассмотренным последний вопрос - как клиент может получить информацию об объекте. Например, разработчик клиентского ПО знает, что электронная таблица создана в соответствии со спецификацией COM, но не имеет понятия об объектах COM, которые предоставляют клиентам ее службы. Для разрешения подобных ситуаций разработчик объекта COM может распространять вместе с объектом информацию о типе. Она включает сведения об интерфейсах, их свойствах и методах, параметрах методов.

Эта информация содержится в библиотеке типов, которая создается при помощи специального языка описания интерфейса (Interface Definition Language, IDL).

Объект

Центральным элементом COM является объект. Приложения, поддерживающие COM, имеют в своем составе один или несколько объектов COM. Каждый объект представляет собой экземпляр соответствующего класса и содержит один или несколько интерфейсов. Что же такое объект COM?

Любой объект является экземпляром некоторого класса, т.е. представляет собой переменную объектного типа. Поэтому объект обладает набором свойств и методов, которые работают с этими свойствами. К объектам применимы три основные характеристики: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Объекты COM всем этим требованиям удовлетворяют.

Применительно к объектам вообще понятие интерфейса объекта, как он был определен выше, не используется. В первом приближении можно считать, что все методы объекта составляют его единственный интерфейс, а указателем интерфейса является указатель на объект.

Объект COM может иметь любое число интерфейсов (если это число больше нуля), причем каждый интерфейс обладает собственным указателем. Это первое отличие объектов COM от обычных.

У объектов COM имеется особенность еще в одном объектом механизме - наследовании. Вообще различают два способа наследования. Наследование реализации подразумевает передачу родителем потомку всего программного кода. Наследование интерфейса означает передачу только объявления методов, их программный код потомок должен предоставить самостоятельно.

Объекты COM поддерживают только наследование интерфейса, избегая тем самым возможного нарушения инкапсуляции родителя. Тем не менее, просто так выбросить наследование реализации нельзя. Вместо нее объекты COM используют механизм включения, т.е. при необходимости потомок вызывает нужный метод родителя. Также применяется механизм агрегирования, когда один или несколько интерфейсов одного объекта на время включаются в другой объект путем передачи указателей.

Интерфейс

Если объект COM является ключевым элементом реализации COM, то интерфейсы являются центральным звеном идеологии COM. Как двум принципиально разным объектам обеспечить взаимодействие друг с другом? Ответ прост: им необходимо заранее договорится о том, как они будут общаться.

Интерфейс как раз является тем средством, которое позволяет клиенту правильно обратиться к объекту COM, а объекту ответить так, чтобы клиент его понял.

Рассмотрим небольшой пример. На улице случайно встретились два человека: местный житель (объект COM) и заблудившийся иностранец (клиент). Предусмотрительный иностранец взял с собой словарь (библиотека типов или интерфейс IUnknown). Иностранцу нужны знания местного жителя о городе. Он достал ручку и бумагу и, заглянув в словарь, составил фразу и старательно перерисовал незнакомые слова на бумагу. Местный житель оказался не промах. Он прочитал фразу, отобрал у иностранца словарь, составил по нему собственную фразу и тоже написал ее на бумаге. И все закончилось хорошо: довольный клиент (иностранец) получил от объекта COM (местного жителя) результат работы службы (информацию о дороге), а местный житель ушел вместе со словарем.

Как вы уже догадались, в этом примере интерфейсом является бумага и ручка: иностранец не знает чужого языка, зато знает, как правильно спросить, чтобы ему ответили.

Для идентификации каждый интерфейс имеет два атрибута. Во-первых, это его имя, составленное из символов в соответствии с правилами используемого языка программирования. Каждое имя должно начинаться с символа «I». Это имя используется в программном коде. Во-вторых, это глобальный уникальный идентификатор (Globally Unique IDentifer, GUID), который представляет собой гарантированно уникальное сочетание символов, практически не повторяемое ни на одном компьютере в мире. Для интерфейсов такой идентификатор носит название IID (Interface Identifier).

В общем случае клиент может не знать, какие интерфейсы имеются у объекта. Для получения их перечня используется базовый интерфейс IUnknown., который есть у любого объекта COM.

Затем клиенту необходимо знать, какие методы имеет выбранный им интерфейс. Для этого разработчик должен распространять описание методов интерфейсов вместе с объектом. Эту задачу помогает решать язык IDL (он также используется в библиотеках типов).

Теперь осталось сделать самое важное - правильно вызвать сам метод. Для этого в COM описана реализация интерфейса на основе стандартного двоичного формата. Это обеспечивает независимость от языка программирования.



Рис.3. Формат интерфейса COM

Доступный клиенту указатель интерфейса ссылается на внутренний указатель объекта и, через него, на специальную виртуальную таблицу. Эта таблица содержит указатели на все методы интерфейса.

В результате, вызов метода клиентом проходит по цепочке указателей и получает указатель на конкретный метод, а затем исполняется соответствующий программный код.

Реализация интерфейса (interface implementation) - это код, который программист создает для выполнения действий, оговоренных в определении интерфейса. Реализации интерфейсов, помещенные в COM-библиотеки или exe-модули, могут использоваться при создании объектно-ориентированных приложений. Разумеется, программист может игнорировать эти реализации и создать собственные. Интерфейсы ассоциируются с CoClass'ами. Чтобы воспользоваться реализацией функциональности интерфейса, нужно создать экземпляр объекта соответствующего класса, и запросить у этого объекта ссылку на соответствующий интерфейс.

CoClass CoClass - это класс, поддерживающий набор методов и свойств (один или более), с помощью которых можно взаимодействовать с объектами этого класса. Такой набор методов и свойств называется интерфейсом (Interface).

Каждый CoClass имеет два идентификатора - один из них, текстовый, называется ProgID и предназначен для человека, а второй, бинарный, называется CLSID.

CLSID является глобально уникальным идентификатором (GUID). GUID имеет размер 128 бит и уникален в пространстве и времени. Его уникальность достигается путем внедрения в него информации об уникальных частях компьютера, на котором он был создан, таких, как номер сетевой карты, и времени создания с точностью до миллисекунд. Эта технология, как и большинство других базовых концепций в СОМ, позаимствована из OSF DCE RPC. С помощью CLSID можно точно указать, какой именно объект требуется. Тип данных GUID применяется и для идентификации COM-интерфейсов. В этом случае он называется IID. Сгенерировать новое значение типа GUID можно с помощью API-функции Win32 CoCreateGuid. На практике использовать эту функцию приходится не часто, так как современные средства разработки полностью автоматизируют эту задачу, а VB вообще скрывает от программиста такие тонкости, как работу с CLSID и IID.

Для создания экземпляра объекта используется CLSID. Если имеется только ProgID CoClass'а или CLSID в строковом виде ("{XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX} ", где X - шестнадцатеричная цифра), то CLSID можно получить, вызвав функцию CLSIDFromString. Для случая с ProgID информация о CoClass'е должна содержаться в реестре машины, на которой производится вызов функции. В реестр информация заносится автоматически при регистрации объекта (во время процедуры инсталляции или при компиляции).

Перевести CLSID, IID или любой другой GUID в строку можно с помощью функции StringFromGUID2. Как уже говорилось выше, практически все необходимые GUID генерируются автоматически, но при необходимости можно сгенерировать GUID вручную, с помощью утилиты guidgen.

Программист никогда не взаимодействует с объектом и его данными напрямую. Для этого используются интерфейсы объектов.

Интерфейс IUnknown

Каждый объект COM обязательно имеет интерфейс IUnknown. Этот интерфейс имеет всего три метода, но они играют ключевую роль в функционировании объекта.

Метод QueryInterface возвращает указатель на интерфейс объекта, идентификатор IID которого передается в параметре метода. Если такого интерфейса объект не имеет, метод возвращает null.

Обычно при первом обращении к объекту клиент получает указатель на интерфейс. Так как любой интерфейс является потомком IUnknown, то любой интерфейс имеет и метод QueryInterface. Поэтому в общем случае не важно, какой именно интерфейс может использовать клиент. При помощи метода QueryInterface он может получить доступ к любому интерфейсу объекта.

Интерфейс IUnknown обеспечивает работу еще одного важного механизма объекта COM - механизма учета ссылок. Объект должен существовать до тех пор, пока его использует хотя бы один клиент. При этом клиент не может самостоятельно уничтожить объект, ведь с ним могут работать и другие клиенты.

Поэтому при передаче наружу очередного указателя на интерфейс объект увеличивает специальный счетчик ссылок на единицу. Если один клиент передает другому указатель на интерфейс этого объекта, то клиент, получающий указатель, обязан еще раз инкрементировать счетчик ссылок. Для этого используется метод AddRef интерфейса IUnknown.

При завершении работы с интерфейсом клиент обязан вызвать метод Release интерфейса IUnknown. Этот метод уменьшает счетчик ссылок на единицу. После обнуления счетчика объект уничтожает себя.

Сервер

Сервер COM представляет собой исполняемый файл приложения или динамическую библиотеку, который содержит один или несколько объектов одного или разных классов. Различают три типа Сервер.

Внутренний сервер (inprocess server) реализуется динамическими библиотеками, которые подключаются к клиенту и работают в одном адресном пространстве.

Локальный сервер (local server) создается отдельным процессом, который работает на одном компьютере с клиентом.

Удаленный сервер (remote server) создается процессом, который работает на друго компьютере по отношению к клиенту.

Рассмотрим локальный сервер. Получаемый клиентом указатель интерфейса в этом случае ссылается на специальный proxy-объект COM (назовем его заместителем, который функционирует внутри клиентского процесса). Заместитель предоставляет клиенту те же интерфейсы, что и вызываемый объект COM на локальном сервере. Получив вызов от клиента, заместитель упаковывает его параметры и при помощи служб ОС передает вызов в процесс сервера. В локальном сервере вызов передается еще одному специализированному объекту - заглушке (stub), который распаковывает вызов и передает его требуемому объекту COM. Результат вызова возвращается клиенту в обратном порядке.

Рассмотрим удаленный сервер. Он функционирует так же, как и локальный сервер. Однако передача вызовов между двумя компьютерами осуществляется средствами DCOM - с помощью механизма вызова удаленных процедур (Remote Procedure Call, RPC).

Для обеспечения работы локальных и удаленных серверов используется механизм маршалинга и демершалинга. Маршалинг реализует единый в рамках COM формат упаковки параметров запроса, демаршалинг отвечает за распаковку. В описанных выше реализациях серверов за выполнение этих операций отвечают заместитель и заглушка. Эти типы объектов создаются совместно с основным объектом COM. Для этого применяется IDL.

Библиотека COM

Для обеспечения выполнения общих функций и базовых интерфейсов в ОС устанавливается специальная библиотека COM (конкретная реализация может быть различной). Доступ к функциям библиотеки осуществляется стандартным способом, а не через интерфейс.

Согласно спецификации, имена всех библиотечных функций начинаются с приставки «Со».

При установке использующего COM приложения в системный реестр записывается информация обо всех используемых им объектах COM:

Ш Идентификатор класса (Class Identifier, CLSID), который однозначно определяет класс объекта;

Ш Тип сервера объекта - внутренний, локальный или удаленный;

Ш Для локальных и внутренних серверов сохраняется полное имя динамической библиотеки или исполняемого файла;

Ш Для удаленных серверов записывается полный сетевой адрес.

Предположим, что клиент пытается использовать некоторый объект COM, который до этого момента не использовался.

Следовательно, клиент не может получить указатели на объект и интерфейс. В этом случае он обращается к библиотеке COM и вызывает метод CoCreateInstance, передавая ей в качестве параметра CLSID нужного класса, IID интерфейса и требуемый тип сервера.

Библиотека при помощи диспетчера управления службами (Service Control Manager, SCM) обращается к системному реестру, по идентификатору класса - объект, и возвращает библиотеке указатель на запрошенный интерфейс.

Библиотека COM передает управление клиенту, который в последствии может обращаться непосредственно к объекту. Схема создания первого экземпляра объекта с помощью библиотеки COM и системного реестра приведена на рисунке.

Рис.4. Создание первого экземпляра объекта с помощью библиотеки COM

Для неявной инициализации созданного объекта (установки значений свойств) может использоваться специальный объект самостоятельно, применив специальные интерфейсы (IPersistFile, IPersistStorage, IPersistStream).

Фабрика класса

Для запуска экземпляра класса используется специальный объект -фабрика класса. С его помощью можно создать как один объект, так и несколько его экземпляров. Для каждого класса должна существовать собственная фабрика класса.

Объект COM имеет право называться фабрикой класса, если он поддерживает интерфейс IClassFactory. В нем реализованы всего два метода:

Ш CoCreateInstance - создает новый экземпляр класса. Все необходимые параметры, кроме IID, метод получает от фабрики класса. В этом его отличие от одноименного общего метода библиотеки.

Ш LockServer -оставляет сервер функционировать после создания объекта.

Для вызова фабрики класса существует специальный общий метод CoClassObject. В качестве параметра ему передается CLSID нужного класса и IID интерфейса (IClassFactory). Метод ищет требуемую фабрику и возвращает указатель на интерфейс. С его помощью и используя метод CoCreateInstance, клиент заставляет фабрику класса создать объект.

Библиотека типов

Чтобы документировать интерфейсы объекта для пользователей, разработчик создает информацию о типах объекта. Для этого используется язык IDL.

Вся информация объединяется в специальной библиотеке типов. Она может описывать свойства и методы (а также их параметры) интерфейсов и содержать сведения о необходимых заглушках и заместителях. Информация об отдельном интерфейсе оформляется в виде отдельного объекта внутри библиотеки.

Для создания библиотеки типов, описанной при помощи операторов IDL, используются специальные компиляторы. Доступ к библиотеке осуществляется по CLSID класса объекта. Кроме того, библиотека имеет собственный GUID, который сохраняется в системном реестре при регистрации объекта.

Каждая библиотека типов имеет интерфейс ItypeLib, который работает с ней, как с единым объектом. Для доступа к информации об отдельном интерфейсе используется интерфейс ItypeInfo.

Для доступа к библиотеке по GUID используется общий метод LoadRegTypeLib. Если клиенту известно имя файла библиотеки, то можно воспользоваться методом LoadTypeLib.

1.2.2 Назначение и основные характеристики технологий ADO, MIDAS, MTS, CORBA

Общие понятия. Отличие «тонкого» клиента от «толстого». «Тонким» клиентом обычно называют пользовательское приложение, не содержащее никакой функциональности, и предназначенное только для ввода/вывода информации. Вся обработка данных производится на сервере БД, либо на сервере приложений. Зачастую, такой клиент изначально не содержит вообще никаких возможностей, а подгружает дополнительные модули с сервера, по мере необходимости. Обычно, в качестве «тонкого» клиента, выступают Web броузер + HTML/ASP/Java. «Толстый» клиент содержит всю функциональность и интерфейсную часть в себе, и при любом изменении, требует замены у всех пользователей.

Технология ADO

ADO (Microsoft ActiveX Data Objects) это технология стандартного обращения к реляционным данным от Microsoft. ADO представляет собой высокоуровневый программный интерфейс для доступа к OLE DB-интерфейсам. Он позволяет манипулировать данными с помощью любых OLE DB-провайдеров, как входящих в состав MDAC(Microsoft Data Access Components) некоторых других продуктов Microsoft, так и произведенных сторонними производителями. ADO содержит набор объектов, используемых для соединения с источником данных, для чтения, добавления, удаления и модификации данных.

DAO, ADO, RDO... Все это похоже на какую-то игру слов, где присутствует два ключевых понятия: данные и объекты. (Data Access Objects -- объекты доступа к данным, ActiveX Data Objects -- ActiveX-объекты работы с данными, Remote Data Objects -- объекты удаленных данных.) На самом же деле речь здесь идет о разных технологиях доступа к данным (см. врезку «Сравнение ADO, DAO и RDO»), которые имеют не только разные внутренние механизмы, но и, что, может быть, гораздо важнее для прикладного программиста, разные перспективы на будущее.

DAO и RDO известны уже достаточно давно, и появление двух разных механизмов было связано с необходимостью оптимизации решения двух отдельных задач: доступа к локальным и удаленным базам данных соответственно. Однако естественное развитие вычислительных систем привело к необходимости создания единого механизма, который обеспечил бы единый подход при работе с БД различных классов.

В результате несколько лет назад Microsoft предложила в качестве единого интерфейса для доступа к локальным и удаленным данным новую технологию ADO, которая сегодня является частью архитектуры Microsoft Universal Data Access (MUDA).

 ADO Extension for DDL and Security (ADOX) применяется для решения различных задач, недоступных с помощью обычных объектов ADO. Например, используя объекты ADOX, можно извлекать метаданные из баз данных и, следовательно, переносить структуру данных из одной базы данных в другую (в том числе и иного типа). Вторая возможность, предоставляемая этим расширением, -- манипулирование сведениями о безопасности. Например, с помощью ADOX можно получать информацию о пользователях базы данных и группах пользователей, а также создавать новых пользователей и группы. ADOX расширяет объектную модель ADO десятью новыми объектами, которые можно использовать как отдельно, так и вместе с другими объектами ADO, в частности можно применять объект ADO Connection для соединения с источником данных и извлекать метаданные из него.

Прежде чем углубляться в детали объектов ADOX, поговорим о том, что такое метаданные. В общем случае метаданные представляют собой описания объектов базы данных (таблиц, полей, индексов, ключей, представлений, хранимых процедур и прочих объектов). В подавляющем большинстве современных СУБД метаданные определяются с помощью языка SQL (Structured Query Language). До появления ADOX единственным программным способом извлечения метаданных из источников данных с помощью ADO был метод OpenSchema объекта ADO Connection. Для создания новых объектов в базе данных применялся язык Data Definition Language (DDL) -- подмножество языка SQL, а также объект ADO Command.

Многоуровневые приложения

Разработка распределенных корпоративных систем доступа к данным - одна из наиболее высокотехнологических и динамично развивающихся областей современной индустрии ПО. Именно здесь сосредоточены усилия разработчиков прикладного ПО.

Мощные серверы должны обеспечивать бесперебойный доступ к данным сотен клиентов одновременно. При этом клиентское ПО установлено на разных аппаратных платформах и работает под управлением разных ОС. Пользователи могут находится в корпоративной сети, обращаться к серверу через Internet, intranet или по радиоканалу.

Для создания распределенных систем разработаны подходы на основе ряда технологических решений. Используются технологии COM, OLEnterprise, сокеты TCP\IP, Microsoft Transaction Server, CORBA.

Для работы с корпоративными БД используются многоуровневые приложения, т.к. эффективное взаимодействие с БД многих пользователей может обеспечить только ПО промежуточного уровня. Серверы приложений решают задачи управления запросами клиентов и результатами запросов, разграничения доступа, сохранения целостности данных т.д. Причем и в этой сфере существуют готовые решения на основе вышеперечисленных технологий.

Создание средств разработки корпоративных систем доступа к данным является основным направлением деятельности фирмы Inprise.

В Delphi можно создавать приложения для распределенных систем на основе всех перечисленных подходов. Для этого предназначена специальная технология MIDAS (Multi-tired Distributed Application Service) - Службы многоуровневых распределенных приложений. Она обеспечивает создание приложений для распределенных систем баз данных на основе единого подхода.

Многоуровневые приложения представляют собой распределенные системы удаленного доступа к данным, которые состоят как минимум их трех логических уровней.

1. Сервер БД, который обеспечивает функционирование используемой приложением БД и непосредственную обработку запросов пользователей. Для создания серверов БД имеются готовые решения, предоставляемые целым рядом компаний. В зависимости от назначения БД, объема, решаемых задач всегда можно подобрать наиболее подходящий вариант.

2. сервер приложений, который составляет так называемое ПО промежуточного слоя. Обычно это специально разработанная программа, которая обеспечивает взаимодействие клиентов с сервером БД. В этой области всегда найдутся проблемы, которые необходимо решать: конфликты доступа к данным, регистрация, управление транзакциями и т.д.поэтому сервер приложений предоставляет минимально необходимый промежуточный уровень. Обычно он называется брокером данных. Серьезные многоуровневые приложения имеют несколько уровней ПО промежуточного слоя. Из наиболее распространенных решаемых задач можно выделить регистрацию пользователей и разграничение доступа, защита от несанкционированного доступа, управление блокировками. Часто промежуточный уровень должен обеспечить доступ к БД клиентов с разными программными и аппаратными платформами.

3. Совокупность клиентских программ или клиентский уровень приложения. В рассматриваемом случае используются «тонкие» (или «слабые») клиенты, которые, в отличие от аналогичных программ в архитектуре клиент/сервер, выполняют только минимальные функции по отображению данных и передаче запросов серверу, а результатов - обратно.



Рис.5. Структура многоуровнего приложения

Технология MIDAS позволила вынести BDE в отдельный уровень - сервер приложений, который обеспечивает взаимодействие множества клиентов с сервером БД. Это стало возможным за счет применения удаленных модулей данных.

Технология MIDAS

Таким образом, мы подошли к важнейшей особенности настоящих многоуровневых приложений - ПО, обеспечивающее взаимодействие клиентов с БД (в нашем случае это BDE), которое требует установки только на одном компьютере - компьютере сервера приложений (рис. 5). В результате клиентские программы избавляются от лишнего программного кода и становятся чрезвычайно простыми в установке (появился даже новый термин - нуль-конфигурация «тонкого» клиента).

MIDAS - это технология Borland для создания многоуровневых приложений баз данных. Применение данной архитектуры позволяет быстро разрабатывать простые в сопровождении и установке, надежные, распределенные БД. Трехуровневое приложение баз данных содержит несколько компонентов (слоев):

 а) Слой БД. Хранит данные. Выполняет функции хранения информации, обеспечения целостности и непротиворечивости данных. Пример -локальные (dBase, Paradox) и серверные БД (Oracle, Sybase, MS SQL), текстовые файлы и т.д.

 б) Слой бизнес логики (сервер приложений) - это программа, обеспечивающая доступ клиентов к информации. На этом слое вводится понятие сервиса, как некоей услуги, поставляемой клиенту (например, получение данных об остатке денег на счете, как частный случай из реляционной БД). В этом слое реализуются правила и алгоритмы обработки информации, отражающие поведение реального моделируемого объекта (бизнес правила). Например, проверка остатка денег на не отрицательность, перевод денег со счета на счет.

в) Презентационный слой (тонкий клиент). Задача этого слоя, используя сервисы слоя бизнес логики, предоставлять пользователям запрошенную информацию в форме удобной и приятной во всех отношениях. Может быть выполнен в виде традиционного exe файла или в качестве тонкого клиента можно использовать Web броузер.

Применение данной схемы позволяет создать клиентское приложение, которое практически не требует настройки и сопровождения, вся логика работы с БД сосредоточена в среднем слое (сервере приложений). Соответственно при доработке алгоритмов доступа к БД необходимо лишь переустановить сервер приложений.

MIDAS предназначен для обеспечения связи между слоем бизнес логики и презентационным слоем. Он позволяет организовать взаимодействие тонкого клиента с сервером приложений. При этом сервер приложений взаимодействует с реляционной БД (чаще всего данные хранятся именно в этой форме) как и обычные приложения работы с БД, разработанные в Delphi.

Тонкий клиент для конечного пользователя ничем не отличается от обычного (толстого) клиента БД. Разница в том, что толстый клиент через BDE, ADO, компоненты прямого доступа к серверам БД и другие библиотеки работает с БД, а тонкий клиент взаимодействует с сервером приложений, используя MIDAS. Сервер приложений скрывает от клиента детали доступа и обработки БД. На компьютере с тонким клиентом не нужно устанавливать и настраивать BDE, ADO, клиентскую часть сервера БД. Необходимо лишь иметь небольшие по объему dll, которые легко переносить вместе с exe файлом тонкого клиента. В качестве тонкого клиента может использоваться и Web браузер.

В основе MIDAS лежит использование использование объектной модели COM. MIDAS обеспечивает функционирование в рамках единой службы нескольких технологий удаленного доступа к данным, предоставляя единый стандарт обмена данными между сервером и клиентами.

· DCOM - распределенный COM расширение базовой технологии COM, позволяющей клиенту использовать свойства и методы удаленных объектов на сервере. Элементы COM установлены в Windows NT, Windows 98, Windows 95 требует специальной интсалляции допаолнительного ПО.

· Microsoft Transaction Server (MTS) - надстройка над базовой технологией COM, обеспечивающая дополнительные функции при взаимодействии клиента и сервера. Это управление транзакциями, обеспечение безопасности данных. MTS доступна в ОС Windows NT, Windows 98.

· Сокеты являются популярным программным интерфейсом доступа к стеку сетевых протоколов и позволяют создавать распределенные приложения для большинства современных систем, включая соединение через Internet.

· OLEnterprise - разработанное фирмой Borland расширение объектной модели COM, обеспечивающее ряд дополнительных возможностей. С его помощью можно связывать объекты, созданные на разных языках программирования. Соответствующее ПО устанавливается на сервере и клиенте.

· CORBA (Common Object Request Broker Arhitecture - Архитектура Брокера Общих Объектных Запросов) представляет собой специально разработанный стандарт и ПО, обеспечивающее взаимодествие объектов, манипулирующих данными в разных ОС. Основу архитектура составляет ORB (Object Request Broker - Брокер Объектных Запросов), обеспечивающий взаимодействие сервера приложений и клиентов.

В соответствии с технологией MIDAS, многоуровневое приложение должно иметь три составные части:

· Сервер приложений, который должен содержать в качестве основы удаленный модуль данных;

· Клиент, взаимодествие которого с сервером обеспечено спецмальными компонентами и динамической библиотекой DBClient.DLL.

· Брокер данных, который обеспечивает передачу пакетов данных на основе интерфейса IProvider.

Технология MTS

Создавая в Delphi многоуровневые приложения на основе DCOM, разработчики могут расширить их возможности за счет использования дополнительных функций, предоставляемых специализированной системной службой Microsoft Transaction Server (MTS).

MTS может работать с ОС Windows NT, Windows 98. MTS позволяет достаточно гибко управлять режимами выполнения транзакций в системе и поддерживает двухфазное завершение транзакций. Одним из существенных недостатков схемы управления транзакциями СОМ является необходимость явной передачи контекста транзакции в качестве -аргумента при вызове удаленных методов. Такая схема не является ни эффективной, ни гарантирующей от ошибок, особенно при вовлечении в транзакцию большого количества объектов.

Использование MTS дает серверу ряд дополнительных полезных функций:

· При выполнении запросов поддерживаются транзакции;

· Работая с сервером, несколько клиентов могут использовать для доступа к данным одно соединение. Так реализуется совместное использованиеи ресурсов БД.

· Обеспечивая дополнительное разграничение доступа клиентов к интерфейсам.

Для использования возможностей MTS необходимо только иметь установленные динамические библиотеки этой службы на компьютере сервера приложений.

COM+ является слиянием COM- и MTS- моделей программирования, таким образом справедлива формула:

COM + MTS = COM+

Базовая программная модель и того, и другого являются идентичными: разрабатываются компоненты "в процессе", в них выставляются интерфейсы, для обеспечения автоматизации реализуется IDispatch, реализуется код для регистрации, т.е. в рамках новой парадигмы нужно делать то же, что делалось и ранее.

Однако в дополнение к этому появились новые сервисы, значительно расширяющие возможности приложений.

COM был создан как компонентная технология уровня изолированной рабочей станции.

Потом, с реализацией распределенного COM в NT4 (DCOM), эта технология получила развитие в направлении поддержки удаленных обращений к компонентам. MTS создавался для обеспечения работы серверных компонент и устранения некоторых недостатков DCOM. COM+ появился для унификации и объединения COM, DCOM и MTS в согласованную технологию, понятную и удобную для реализации приложений корпоративного уровня.

Технология CORBA

CORBA (Common Request Broker Architecture) -- архитектура для построения распределенных объектных приложений. Была предложена некоммерческой организацией -- консорциумом OMG (Object Management Group), состоящей из нескольких сотен (!) ведущих компаний из отрасли разработки программного обеспечения (включая таких гигантов, как Microsoft и Borland/Inprise). Первая спецификация CORBA появилась еще в далеком 1991 году.

Целью разработчиков CORBA было создание механизмов межплатформенного взаимодействия приложений в распределенных системах. Можно поразиться дальновидности OMG -- ведь в середине -- конце 80-х годов XX века распределенные системы не играли той впечатляющей роли в компьютерной индустрии, как сейчас. Кроме того, расширение экспансии Intel и Microsoft ставило под угрозу само наличие разнообразия аппаратно-программных платформ. Тем не менее, в сложившейся обстановке работы были продолжены, причем результаты были настолько успешны, что даже всемогущий Microsoft счел нужным присоединиться к консорциуму разработчиков, чтобы держать руку на пульсе развития новой перспективной технологии.

Как и DCOM, CORBA основывается на коммуникации типа клиент-сервер. Запрашивая сервис, клиент вызывает метод, реализуемый удаленным объектом, действующим в роли сервера. Сервис, предоставляемый объектом, инкапсулируется с помощью интерфейса, определенного на языке IDL. Именно собственный язык IDL является одной из изюминок CORBA. Вообще, существуют три различных языка описаний под одним и тем же названием: OMG IDL (очевидно, используется в CORBA), Microsoft IDL (разработан для технологии DCOM, но в силу двоичного представления объектов не играет в этой технологии ключевой роли) и OSF IDL. Однако, по сравнению с DCOM, CORBA имеет ряд существенных отличий.

Технология CORBA изначально проектировалась для создания распределенных систем. В силу этого сервер объектов и клиентские программы, в отличие от COM/DCOM, в технологии CORBA, как правило, располагаются на разных машинах. Взаимодействие между клиентом и сервером происходит следующим образом. В процессе клиента имеется объект-посредник, именуемый stub (или Client-Side Stab). Он является полномочным представителем сервера и исполняет функции, во многом сходные с функциями объекта Proxy в технологии DCOM. Именно к stub при помощи интерфейса объекта обращается программа-клиент так, как будто stub и являет собой объект. Далее stub перенаправляет запрос клиента к особому объекту, который действует также на машине клиента. Этот объект называется ORB (Object Required Broker, брокер объектных запросов). Получив запрос, ORB формирует широковещательное сообщение во внешнюю сеть. На это сообщение откликается один из объектов Smart Agent, который функционирует на одном из компьютеров сетевого окружения (локальная сеть или Интернет). Smart Agent знает, где расположены соответствующие серверы объектов (фактически это как бы виртуальный сетевой каталог, где зарегистрированы некоторые серверы), и перенаправляет запрос на нужный сервер. На сервере пакет запроса принимает еще один объект ORB, который дешифрует запрос и пересылает его следующему объекту -- BOA (Basic Object Adapter, базовый адаптер объектов). Роль объекта BOA заключается в фильтрации, кэшировании запросов и, соответственно, разграничении доступа к объекту сервера. Если запрос пропущен BOA, то он попадает в объект сервера skeleton. При этом в адресном пространстве сервера создается требуемый объект, skeleton помещает аргументы вызова в стек объекта и реализует собственно вызов. Используя объект BOA, skeleton также регистрирует созданный серверный CORBA-объект с помощью Smart Agent, а также сообщает о доступности, факте создания и о готовности объекта принимать запросы клиента. Далее следует обратная связь по описанной цепочке объектов (рис. 4.6).

<>

Рис. 4.6. Технология CORBA

Как видно из описания, CORBA реализует собой типичную многозвенную (здесь -- трехзвенную) архитектуру. В роли Middleware -- программного обеспечения промежуточного слоя -- здесь выступает объект Smart Agent. Обычно при практической реализации программа, выполняющая Действия Smart Agent, устанавливается на выделенную машину в корпоративной сети или на несколько машин в сети Интернет. При создании серверов они регистрируются на ДОСТУПНЫХ Smart Agent.

ТЕМА 1.3. ВВЕДЕНИЕ В РАБОТУ С УДАЛЕННЫМИ БАЗАМИ ДАННЫХ

Основные понятия. СУБД -- Система Управления Базами Данных (DBMS -- DataBase Management System). Программа, либо комплекс программ, предназначенных для полнофункциональной работы с данными. Как правило, включает в себя инструменты для создания и изменения структуры хранения наборов данных, а также средства доступа к хранимым данным, с возможностью их чтения, добавления, изменения и удаления. При этом, у большинства СУБД имеется собственный встроенный язык (возможно не один) для работы с данными. Сама база данных (БД) обычно находится просто в файлах закрытого, либо открытого формата.

Отличие «серверной» и «настольной» СУБД. Под настольной (desktop) обычно подразумевается СУБД, которая всегда запускается на компьютере пользователя, хотя сама база данных может находиться в другом месте. В результате несколько копий СУБД могут обращаться к одной базе данных. Серверная (server) СУБД, как правило, запускается в на той же машине (сервере баз данных), где находятся файлы БД. Непосредственно к базе данных обращается лишь один экземпляр СУБД. Пользовательские приложения общаются только с этой СУБД через ее API, независимо от того, работают они на той же машине или на другой. Для многопользовательских баз данных более эффективным и надежным вариантом является серверная СУБД. В ней гораздо быстрее происходит доступ к данным, и значительно проще решаются конфликты между разными пользователями.

Понятие реляционной базы данных. Реляционная (relational) БД отличается способом представления информации, находящейся в ней. Данные в такой базе хранятся в плоских таблицах. Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор именованных колонок (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам сущностей, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице неограниченно, и каждая запись соответствует отдельной сущности. Каждая таблица должна иметь первичный ключ (ПК) -- поле или набор полей, содержимое которых однозначно определяет запись в таблице и отличает ее от других. Связь между двумя таблицами обычно образуется при добавлении в первую таблицу поля, содержащего значение первичного ключа второй таблицы. Реляционные СУБД (РСУБД) предоставляют средства для всевозможных пересечений и объединений любых таблиц, отбора записей по разнообразным условиям, группировки и сортировки результатов.
Реляционная база данных сочетает наглядность представления информации с простотой (относительной) реализации своей концепции и является наиболее популярной структурой для хранения данных на сегодняшний день.

Хранение реляционной БД. Данные в реляционной БД хранятся в плоских таблицах. Каждая таблица имеет собственный, заранее определенный набор именованных колонок (полей). Поля таблицы обычно соответствуют атрибутам сущностей, которые необходимо хранить в базе. Количество строк (записей) в таблице неограниченно, и каждая запись соответствует отдельной сущности.

Отличие записей от друг друга. Записи в таблице отличаются только содержимым их полей. Две записи, в которых все поля одинаковы, считаются идентичными. Каждая таблица должна иметь первичный ключ (ПК) -- поле или набор полей, содержимое которых однозначно определяет запись в таблице и отличает ее от других. Отсутствие первичного ключа и наличие идентичных записей в таблице обычно возможно, но крайне нежелательно.

Связывание таблиц между собой. Простейшая связь между двумя таблицами образуется при добавлении в первую таблицу поля, содержащего значение первичного ключа второй таблицы. В общем случае, реляционные БД предоставляют очень гибкий механизм для всевозможных пересечений и объединений любых таблиц, с разнообразными условиями. Для описания множеств, получающихся при пересечении и объединении таблиц, используется специальный математический аппарат -- реляционная алгебра.

Понятие «нормализация». Упорядочивание модели БД. Грубо говоря, нормализацией называют процесс выявления отдельных независимых сущностей и вынесения их в отдельные таблицы. При этом, связи с такими таблицами, обычно организуют по их первичному ключу. В результате нормализации, увеличивается гибкость работы с БД. Также, уменьшается содержание дублирующей информации в БД, а это сильно понижает вероятность возникновения ошибок.

Имеет ли значение порядковый номер записи в таблице. Нет. Реляционная алгебра оперирует множествами, в которых порядковый номер элемента не несет никакой смысловой нагрузки. Записи отличатся только содержимым их полей. Две записи, в которых все поля одинаковы, будут абсолютно идентичны в реляционной БД.

Понятие SQL-сервер. Сервер для управления реляционными БД обычно называют SQL-сервером. SQL (Structured Query Language -- язык структурированных запросов) является стандартным языком для работы с реляционными БД. Кроме стандартных реляционных операций, этот язык предоставляет возможности для изменений структуры таблиц. Различные варианты SQL используются во всех, как серверных, так и в настольных реляционных СУБД.

Понятие пост-реляционной базы данных. Пост-реляционными, часто называют многомерные базы данных. Данные в многомерных базах, представляются в виде разреженных многомерных массивов, а не плоских таблиц, как в реляционных базах. Для определенных задач, многомерные базы могут давать значительный выигрыш в быстродействии, по сравнению с реляционными. Наиболее известные многомерные СУБД:

· Cache

· Teradata

Разновидности СУБД. Кроме реляционных, объектно-ориентированных и многомерных СУБД, также давно известны иерархические и сетевые базы данных. Данные и связи между ними, в иерархических БД представлены в виде деревьев. Для некоторых задач, такая форма представления данных может оказаться гораздо более эффективной, чем любая другая. В сетевых базах, данные могут быть связаны произвольным образом, но эти связи должны создаваться предварительно, вместе со структурой данных. По сравнению с реляционными БД, сетевая модель может давать выигрыш в быстродействии, при некоторой потере гибкости.

Понятие «сервер баз данных». Под сервером БД обычно подразумевается СУБД, запущенная на той же машине, где находятся файлы БД, и монопольно распоряжающаяся этими файлами. При этом, все пользовательские приложения должны работать с базой только через эту СУБД, используя ее язык запросов.

Понятие «Клиент». Клиентом к БД, обычно называют пользовательское приложение, которое общается с сервером БД. Модель работы, в которой клиент общается непосредственно с сервером, не используя промежуточных приложений, называется архитектурой клиент-сервер.

Как клиент общается с сервером. На пользовательских машинах, обычно устанавливаются специальные программы-шлюзы, которые, через сетевой протокол, обеспечивают связь с сервером БД. Через эти шлюзы, приложения передают запросы серверу и получают результаты. Часто, дополнительно устанавливается библиотека (ODBC, OLE DB и т.п.), предоставляющая приложениям API для работы с сервером БД.

Назначение сервера приложений. Сервер приложений может использоваться для многих целей. Как правило, сервер приложений находится на отдельной машине. На него можно переложить всю функциональность программы, оставив клиенту только интерфейсную часть. Это разгрузит клиента и сервер БД от вычислений. Также, при большом количестве пользователей, можно использовать несколько серверов приложений для распределения нагрузки. А для ускорения доступа к часто используемым таблицам, их обычно кэшируют на сервере приложений.

Объектно-ориентированная СУБД. В объектно-ориентированных БД (ООБД), данные представлены в виде объектов различных классов. Как правило, имеются возможности создавать новые классы, наследовать их от уже имеющихся, задавать произвольные атрибуты и методы для классов. Для доступа к объектам, в каждой ООБД обычно предусматривается свой собственный язык, либо расширение другого языка. Пока еще ООБД недостаточно развиты и не представляют серьезной конкуренции SQL-серверам, хотя и выглядят более предпочтительными для разработчиков. Производители SQL-серверов тоже, в свою очередь, иногда делают попытки соорудить над реляционным ядром сервера объектно-ориентированную надстройку.

Достаточно распространены следующие ООБД: Cache, FastObjects, GemStone/S, Jasmine, ObjectStore, Objectivity/DB, Versant.

Что можно делать при помощи SQL. SQL (Structured Query Language -- язык структурированных запросов) является стандартным языком для работы с реляционными БД. Разделяется на две основные части: DDL (Data Definition Language -- язык определения данных) и DML (Data Manipulation Language -- язык обработки данных). DDL предоставляет средства для создания и изменения структуры хранения данных (БД, таблиц, процедур, типов данных и т.п.). DML предназначен для чтения и изменения данных. Основные операторы DML: select -- выборка, insert -- вставка, update -- изменение, delete -- удаление. Также, с помощью SQL, часто реализован доступ к служебным функциям SQL-сервера (заведение пользователей, создание резервных копий БД и т.д.).

Зачем нужны транзакции. Во многих случаях, необходимо проведение группы операций по изменению данных таким образом, чтобы эта группа обладала свойством атомарности (либо вся целиком выполняется, либо вся целиком не выполняется). Такая группа операций называется транзакцией. В SQL-серверах существуют операторы, позволяющие обозначить начало транзакции (begin transaction), ее успешное завершение (commit transaction), либо откат транзакции (rollback transaction).

Журнал транзакций. Любые изменения данных, проведенные внутри транзакции, записываются в специальный журнал транзакций (transaction log). При откате транзакции, данные восстанавливаются в прежнем виде, а записи об изменениях удаляются из журнала транзакций.

Блокировки. При изменении данных внутри транзакции, модифицируемые записи блокируются сервером до окончания этой транзакции. Если какая-нибудь другая транзакция пытается изменить заблокированные записи, то ее выполнение останавливается, пока не будет снята блокировка, то есть, пока не завершится первая транзакция. Некоторые сервера имеют неприятную особенность блокировать данные не отдельными записями, а целыми страницами, которые могут содержать довольно много записей.

Отличие «версионников» от «блокировочников». Классические «блокировочники» не дают возможности разным транзакциям одновременно изменять одни и те же записи, блокируя их на время транзакции. В результате, при попытке изменить заблокированную запись, другая транзакция будет простаивать, пока не завершиться первая. В свою очередь, «версионники» позволяют одновременно модифицировать одни и те же записи, создавая при этом разные версии одной записи.

Почему возникает deadlock. Перекрестная блокировка (deadlock) двух транзакций возникает при изменении одних и тех же записей в разном порядке. Последовательность действий, приводящая к перекрестной блокировке: