Системы удаленной обработки данных.

В работе с БД возможен одно- и многопользовательский (несколько пользователей подключаются к одному компьютеру) режимы.

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы (на центральном компьютере), к которой пользователи (клиенты) обращаются за информацией с помощью своих компьютеров. Недостатки централизованной БД: необходимость передачи большого потока данных, низкая надежность и низкая производительность. Преимущества: минимальные затраты на корректировку.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

В основу взаимодействия прикладных программ — клиентов и сервера базы данных, положен ряд фундаментальных принципов, определяющих функциональные возможности современных СУБД в части, касающейся сетевого взаимодействия и распределенной обработки данных, среди которых:

Прозрачность расположения - предполагает использование в прикладных программах такого интерфейса с сервером БД, который позволяет переносить данные в сети с одного узла на другой, не требуя при этом модификации текста программы. То есть, доступ к информационным ресурсам должен быть полностью прозрачен относительно расположения данных.

При установке клиентской части сервера имен на локальных узлах выполняется процедура идентификации узлов, когда реальному имени удаленного узла ставится в соответствие виртуальное имя, которое затем используется при обращении к базе данных. Если база данных перенесена на другой узел, то никаких изменений в прикладную программу вносить не нужно — достаточно лишь поставить в соответствие виртуальному имени имя нового узла; Прозрачность сети; Автоматическое преобразование форматов данных; Автоматическая трансляция кодов; Межоперабельность;

Прозрачность сети - клиент и сервер взаимодействуют по сети с конкретной топологией; для поддержки взаимодействия всегда используется определенный протокол. Следовательно, оно должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечивать независимость как от используемого сетевого аппаратного обеспечения, так и от протоколов сетевого обмена. Чтобы обеспечить прозрачный доступ пользователей и программ к удаленным данным в сети, объединяющей разнородные компьютеры, коммуникационный сервер должен поддерживать как можно более широкий диапазон сетевых протоколов (TCP/IP, DECnet, SNA, SPX/IPX, NetBIOS, AppleTalk, и др.).

Автоматическое преобразование форматов данных – при соединении нескольких компьютеров различных моделей под управлением различных операционных систем в сеть, возникает вопрос о согласовании форматов представления данных. В сети могут быть компьютеры, отличающиеся разрядностью (16-ти, 32-х и 64-х разрядные процессоры), порядком следования байт в слове, представлением чисел с плавающей точкой и т.д. Задача коммуникационного сервера состоит в том, чтобы на уровне обмена данными обеспечить согласование форматов между удаленным и локальным узлами с тем, чтобы данные, извлеченные сервером из базы на удаленном узле и переданные по сети, были правильно истолкованы прикладной программой на локальном узле.

Автоматическая трансляция кодов - в неоднородной компьютерной среде при взаимодействии клиента и сервера возникает задача трансляции кодов. Сервер может работать с одной кодовой таблицей (например, EBCDIC), клиент — с другой (например, ASCII), при этом происходит рассогласование трактовки кодов символов. Поэтому, если на локальном узле используется одна кодовая таблица, а на удаленном — другая, то при передаче запросов по сети и при получении ответов на них необходимо обеспечить трансляцию кодов. Решение этой задачи также ложится на коммуникационный сервер.

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом. К базам данных с локальным доступом возможен доступ только с того компьютера, на котором установлена база данных.В сети одни компьютеры владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, называют сервером этого ресурса, а компьютер, пользующийся им, - клиентом. Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и т.д.

 

12. Архитектура "файл/сервер". Клиент/серверные системы.

К базам данных с локальным доступом возможен доступ только с того компьютера, на котором установлена база данных.

В сети одни компьютеры владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, называют сервером этого ресурса, а компьютер, пользующийся им, - клиентом.

Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и т.д.

Этот принцип распространяется и на взаимодействие программ. Программа, выполняющая предоставление соответствующего набора услуг, рассматривается в качестве сервера, а программы, пользующиеся этими услугами, принято называть клиентами. Программы имеют распределенный характер, т.е. одна часть функций прикладной программы реализуется в программе-клиенте, а другая - в программе-сервере, а для их взаимодействия определяется некоторый протокол.

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих моделях:

1. модель файлового сервера (File Server - FS);

2. модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);

3. модель сервера баз данных (Data Base Server - DBS);

4. модель сервера приложений (Application Server - AS).

Удаленный доступ к централизованной базе данных предполагают использование в основном двух архитектур подобных систем:

• файл-сервер - один из компьютеров сети выделен в качестве центрального (сервер файлов), на котором хранится совместно используемая централизованная БД. • клиент-сервер - помимо хранения централизованной базы данных сервер должен обеспечивать выполнение основного объема обработки данных.

Архитектура клиент-сервер сети позволяет различным прикладным программам одновременно использовать общую базу данных. Совершенно очевидно, что перенос программ управления данными с рабочих станций на сервер способствует высвобождению ресурсов рабочих станций, предоставляет возможность увеличить число частных, локально решаемых задач. Данная архитектура позволяет также централизовать ряд самых важных функций управления данными, такие, как защита информации баз данных, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов.

Одним из важных преимуществ архитектуры клиент-сервер в сетевой обработке данных является возможность сокращения времени реализации запроса.

Данная технология позволяет снизить сетевой трафик и повысить пропускную способность сети. Более того, за счет выполнения операции доступа к диску и обработки данных в одной системе сервер может осуществить поиск и обрабатывать запросы быстрее, чем если бы эти запросы обрабатывались на рабочей станции.

Службы баз данных NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell позволяют разработчикам создавать надежные прикладные программы баз данных без необходимости написания собственных программ управления записями, что обеспечивает удобный перенос прикладных программ в среду клиент-сервера.

В настоящее время разработаны десятки тысяч прикладных автономных и многозадачных программ, ориентированных на клиента версий NetWare Btrieve, NetWare SQL, которые могут быть использованы организациями, создающими или имеющими сеть ЭВМ. Более того, версии NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell для клиентов имеют согласованные API, что упрощает перенос программ из среды одного клиента в среду другого.

 

Системы обработки распределенных баз данных (РаБД).

Одна из главных особенностей современных информационных систем — распределенный характер. Возрастает их масштаб, они охватывают все больше число точек по всему миру. Современный уровень принятия решений, оперативное управление информационными ресурсами требует все большей их децентрализации. Информационные системы находятся в постоянном развитии — в них добавляются новые сегменты, расширяется диапазон функций уже действующих. Примером распределенной системы может послужить система резервирования билетов крупной авиакомпании, имеющей свои филиалы в различных частях Земли.

Распределение данных осуществляется двумя способами: реплицирование и тиражирование данных.

Организация работы с распределенной базой данных очень сложна. Для управления именами в распределенной среде создается глобальный словарь данных. Он хранит информацию о распределенной базе: расположение данных, возможности других СУБД (если используется шлюз), сведения о скорости передачи по сети с различной топологией и т.д.

Глобальный словарь данных — это механизм отслеживания расположения объектов в распределенной БД. Данные могут храниться на локальном узле, на удаленном узле, или на обоих узлах — их расположение должно оставаться прозрачным как для конечного пользователя, так и для программ. Не нужно явным образом указывать место расположения данных — программа должна быть полностью независима от того, на каких узлах размещаются данные, с которыми она оперирует;

Производится оптимизация распределенных запросов, которые затрагивают несколько фрагментов базы данных на различных узлах, причем объемы выборки могут быть весьма различными. Оптимизатор распределенных запросов обязательно должен учитывать размеры таблиц. В противном случае запрос может выполняться непредсказуемо долго. Кроме этого, оптимизатор распределенных запросов должен учитывать объем данных, передаваемых между узлами, скорость коммуникационных линий, структуры хранения данных, соотношение производительности процессоров на разных узлах и т.д. Все эти данные содержатся в глобальном словаре данных;

Важнейшее требование к современным СУБД — межоперабельность (или интероперабельность) - открытость системы, позволяющую встраивать ее как компонент в сложную разнородную распределенную среду. Межоперабельность достигается как за счет использования интерфейсов, соответствующих международным, национальным и промышленным стандартам, так и за счет специальных решений. Это означает, что приложения, созданные средствами разработки данной СУБД, могут оперировать с базами данных в "чужом" формате так, как будто это собственные базы данных (использованием шлюзов). С другой стороны, данные этой СУБД, могут использоваться приложениями других СУБД.

Вскоре после появления идея (и теория) реляционных баз данных стала популярна среди разработчиков СУБД. Однако сделать реляционную СУБД оказалось непросто. Сложилась неоднозначная ситуация, когда после некоторых усовершенствований одни фирмы стали называть свои разработки реляционными, а другие - отказываться от создания реляционных СУБД в силу сложности задачи. Для того, чтобы внести ясность в оценку разработок одних фирм и более определенно сформулировать цель, к которой разработчикам нужно стремиться, для других фирм, Е. Кодд, автор реляционного подхода, в конце 70-х гг. опубликовал свои 12 правил соответствия произвольной СУБД реляционной модели, дополнив основные понятия реляционных баз данных определениями, важными для практики:

0. Система, которая рекламируется или провозглашается поставщиком как реляционная СУБД, должна управлять базами данных исключительно способами, соответствующими реляционной модели. 1. Информационное правило. 2. Правило гарантированного логического доступа. 3. Правило наличия значения (missing information). 4. Правило динамического диалогового реляционного каталога. 5. Правило полноты языка работы с данными. Сколько бы много в СУБДни поддерживалось языков и режимов работы с данными, должен иметься по крайней мере один язык, выразимый в виде командных строк в некотором удобном синтаксисе, который бы позволял формулировать:

· определение данных, определение правил целостности, манипулирование данными (в диалоге и из программы), определение выводимых таблиц (в том числе возможности их модификации), определение правил авторизации, границы транзакций. 6. Правило модификации таблиц-представлений. В СУБДдолжен существовать корректный алгоритм, позволяющий автоматически для каждой таблицы-представления определять во время ее создания, может ли она использоваться для вставки и удаления строк и какие из столбцов допускают модификацию, и заносящий полученную таким образом информацию в системный каталог.

7. Правило множественности операций. 8. Правило физической независимости. 9. Правило логической независимости. 10. Правило сохранения целостности. 11. Правило независимости от распределенности. 12. Правило ненарушения реляционного языка.

 

Хранилища данных.

развитие баз данных привело к появлению хранилищ данных (ХД) — «предметно ориентированного, неизменяемого и поддерживающего хронологию набора данных, предназначенный для обеспечения принятия управленческих решений» (Билл Инмон, автор концепции хранилищ данных). В отличие от баз данных, которые предназначены для обслуживания повседневной деятельности предприятия, ХД ориентированы на многолетний оперативный, многомерный анализ данных, результаты которого могут быть использованы для принятия решений.

Моделью данных в ХД служат гиперкубы, т.е. многомерные базы данных, в ячейках которых находятся анализируемые данные. По осям многомерного куба указываются измерители объекта с различных точек зрения.

Измерение — это последовательность значений одного из анализируемых параметров. Например, для параметра «время» это последовательность месяцев, для параметра «регион» — список городов. Каждое измерение может быть представлено в виде иерархической структуры. Например, измерение «исполнитель» может иметь следующие иерархические уровни: предприятие — подразделение — служащий.

На пересечении осей измерения находятся данные, количественно характеризующие события, факты, процессы (объемы продаж, остатки на складах, прибыль, затраты и т.д.).

Оси измерения позволяют создавать многомерную модель данных (гиперкуб), над которым можно выполнять следующие операции:

• срез;

• вращение;

• консолидация или детализация.

Операция среза позволяет выделить из многомерного куба те данные, которые соответствуют фиксированному значению одного ими нескольких элементов измерений. Из одного куба можно создать множество срезов. Срезы позволяют представить информацию таким образом, что появляется возможность определить причины неудач в деятельности предприятия, выявить тенденции тех или иных процессах, построить соответствующие диаграммы, что, в конечном счете, обеспечивает формирование решения.

Операция вращения — это изменение расположения измерений в пространстве, что, возможно, облегчит принятие решений. Например, измерение «время», ранее представленное горизонтально, можно повернуть и расположить вертикально, а товар показать горизонтально. Операции консолидации и детализации предназначены либо для агрегирования данных (обобщения), либо для их детализации. Осуществить эти операции можно благодаря иерархии, установленной среди измерителей.

Концепция ХД относится к одному из перспективных направлений развития систем формирования решений. Хранилище данных может создаваться в следующих целях:интеграция текущих и исторических значений данных; объединение данных из разрозненных источников; создание надежной платформы данных для аналитических целей; обеспечение однородности данных в организации; облегчение внедрения корпоративных стандартов данных без изменения существующих операционных систем; обеспечение широкой исторической картины и возможностей для анализа тенденций.

Устройства для Хранилищ данных можно определить как:

1. собственно устройства для Хранилищ данных - программные средства баз данных и технические средства серверов, созданные специально для построения Хранилищ данных; 2 комплект программных и технических средств для Хранилищ данных, включающий компоненты, изначально созданные для других целей (например, для обработки транзакций). Основными характеристиками такого комплекта являются его интегрированная структура и настройка для целей создания Хранилищ данных.

Большинство подобных устройств поддерживают так называемые "крупные витрины данных", где витрина является частью аналитического приложения, обычно предназначенного для анализа какой-то отдельной области: деталей заказов, потребителей, корзин заказов и т.д. Это одна из наиболее распространенных на сегодня областей использования устройств для Хранилищ данных.

Помимо использования в крупных витринах данных, устройства для Хранилищ данных нашли применение при организации корпоративных Хранилищ. Еще чаще корпоративные Хранилища создаются с помощью комплектов программных и технических средств. Таким образом, эти платформы могут поддерживать корпоративные Хранилища, хотя пока крупные витрины данных остаются основной сферой их использования.

Объем данных, находящихся под управлением одной крупной витрины, обычно составляет от 1 до 10 терабайт, причем это данные, доступные для запросов. Их объем будет увеличиваться по мере того, как пользователи станут работать с большим количеством данных, а поставщики начнут создавать более емкие модели. Обычно пользователи устройств для Хранилищ данных начинают с объема 1-3 терабайта и доводят его до 10 терабайт за несколько лет.

 

Функции администратора БД.

Термин «администрирование» определяет комплекс процессов при создании, эксплуатации и использовании АИС, связанных с обеспечением надежности и эффективности функционирования АИС, безопасности данных и организацией коллективной работы пользователей различных категорий.

Этот комплекс процессов можно разделить по решаемым задачам на следующие группы:

Ø обеспечение и поддержание настройки структурного, интерфейсного и технологического компонентов АИС на структуру и процессы предметной области системы;

Ø обеспечение надежности и сохранности данных;

Ø организация и обеспечение коллективной работы пользователей с общими данными.

Первое направление обусловливает участие администратора системы в этапах проектирования и ввода АИС в эксплуатацию.

В эту же группу функций входит создание и поддержание словарно-классификационной базы (словари, справочники, ключевые слова, тезаурусы), которая должна адекватно отражать особенности предметной области информационной системы.

Еще одной важной функцией, особенно на этапе ввода информационной системы в эксплуатацию, является первоначальное наполнение системы данными

Обеспечение надежности и сохранности данных является одной из главных обязанностей администратора АИС и включает, в свою очередь, решение ряда следующих технологических и профилактических задач:

•планирование, конфигурирование и поддержание системы использования устройств внешней памяти, на которых размещаются файлы данных;

•архивирование и резервирование данных;

•восстановление данныхпосле сбоев и повреждений;

• проверка и поддержание целостности данных.

Большой объем файлов баз данных, как уже отмечалось, обусловливает их размещение на устройствах дисковой (внешней) памяти. Поэтому отдельной задачей при проектировании АИС является определение схемы размещения файлов базы данных системы на устройствах внешней памяти, контроль за ее состоянием в процессе эксплуатации АИС.

В перечень функций администратора по обеспечению восстановления данных входит также профилактика дисковых носителей внешней памяти, обеспечиваемая специальными программными инструментальными утилитами операционной системы — проверка состояния дисков, дефрагментация и т. д. Данные обязанности накладывают дополнительные требования к профессиональной подготовке администраторов как особого направления подготовки системных программистов.

Проверка и поддержание целостности данных является также неотъемлемой функцией администраторов и заключается в обеспечении настройки и функционирования защитных механизмов СУБД,поддерживающих ограничения целостности данных и связей в конкретной базе данных.

Сходные задачи ревизии данных решаются администратором также в тех случаях, когда устанавливаются временные регламенты хранения данных и устаревшие данные должны своевременно обновляться или удаляться из системы.

Большой комплекс функций администратора АИС связан с организацией и обеспечением коллективной работы пользователей с общими данными.

Отдельным, но тесно переплетенным с остальными функциями, направлением этого комплекса обязанностей администратора системы является создание и поддержание системы разграничения доступа к данным и защиты данных от несанкционированного доступа. На основе системы и схемы функций, задач и полномочий пользователей и обслуживающего персонала администратором строится и поддерживается схема категорирования объектов базы данных по критерию доступа различных пользователей и внешних процессов, осуществляется текущее управление этой схемой и аудит процессов обработки данных с точки зрения безопасности и разграничения доступа к данным.

Развитые СУБДв составе своих функций и возможностей, как правило, имеют специальный инструментарий, обеспечи вающий основной набор функций и задач администратора — уже упоминавшийся анализатор быстродействия и оптимальности, утилиты архивирования, резервирования и ревизии базы данных, подсистему разграничения доступа и защиты данных.

В настольных однопользовательских системах, строящихся на основе СУБДс развитым интерфейсным набором инструментов по созданию и управлению базами данных, все или большая часть функций администратора может выполняться самими пользователями, которые в необходимых случаях могут лишь изредка прибегать к помощи и консультациям соответствующих специалистов. Вместе с тем рассмотренный перечень функций и решаемых задач, так или иначе, реализуется и в однопользовательских системах.

Следует также отметить, что организационно администраторы АИС являются отдельными штатными категориями работников информационных служб, подчиняясь непосредственно руководителям таких служб, или во многих случаях, собственно, и выполняя функции руководителя службы информационного обеспечения предприятия, организации, отдельного подразделения.