多層客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)分析

1、協(xié)作計(jì)算模型網(wǎng)絡(luò)計(jì)算經(jīng)歷了從基于宿主機(jī)的計(jì)C/S計(jì)算技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)中占有重要的地位 算模型到客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模型的演變。在集中式計(jì)算技術(shù)時(shí)代廣泛使用的大型機(jī)/小型機(jī)計(jì)算模型是通過(guò)一臺(tái)物理上與 宿主機(jī)相連接的非智能終端來(lái)是實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)上的應(yīng)用程序。在多用戶環(huán)境中，宿主機(jī)應(yīng)用程序既負(fù)責(zé)與用戶的交互， 又負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的管理；宿主機(jī)上的應(yīng)用程序 一般也分為與用戶交互的前端和管理數(shù)據(jù)的后端，即數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)。集中式的系統(tǒng)使用戶能共享貴重的硬件設(shè)備， 如磁盤機(jī)、打印機(jī)和調(diào)制解調(diào)器等。 但隨著用戶的增多，對(duì)宿主機(jī)能力的要求很高，而且開(kāi)發(fā)者必須為每個(gè)新的應(yīng)用 重新設(shè)計(jì)同樣的數(shù)據(jù)管理部件。80年代以后

2、，集中式結(jié)構(gòu)逐漸被以 PC為主的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)所取代。個(gè)人計(jì)算機(jī)和工 作站的采用，永遠(yuǎn)改變了協(xié)作計(jì)算摸型，從而導(dǎo)致了分散的個(gè)人計(jì)算模型的產(chǎn)生。 一方面，由于大型機(jī)系統(tǒng)固有的缺陷，如缺乏靈活性，無(wú)法適應(yīng)信息量急劇增長(zhǎng) 的需求，并為整個(gè)企業(yè)提供全面的解決方案等等。另一方面，由于微處理器的日 新月異，其強(qiáng)大的處理能力和低廉的價(jià)格使微機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，已不僅僅是簡(jiǎn)單的個(gè)人系統(tǒng)，這便形成了計(jì)算機(jī)界的向下規(guī)?；?Downsizing)。其主要優(yōu)點(diǎn)是用 戶可以選擇適合自己需要的工作站、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序；PC的應(yīng)用程序非常豐富，且易于開(kāi)發(fā)；工作站上的數(shù)據(jù)是屬于個(gè)人自治的信息集合。網(wǎng)絡(luò)/文件服務(wù)器計(jì)算模型的產(chǎn)生用以解

3、決個(gè)人 PC和工作站的數(shù)據(jù)和外部設(shè)備 共享問(wèn)題。在一個(gè)局域網(wǎng)中共享數(shù)據(jù)，需要將文件存放在文件服務(wù)器上， 所有用 戶都通過(guò)這個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件的中央節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)數(shù)據(jù)文件。這個(gè)節(jié)點(diǎn)也是局域網(wǎng) (LAN)中共享外部設(shè)備的中樞。但網(wǎng)絡(luò)/文件服務(wù)器計(jì)算模型的內(nèi)在設(shè)計(jì)，使得 它無(wú)法像大型機(jī)那樣對(duì)多用戶請(qǐng)求、共享數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供足夠充分的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò) /文件服務(wù)器計(jì)算模型不提供多用戶應(yīng)用要求的數(shù)據(jù)并發(fā)性，當(dāng)某一用戶封鎖一 個(gè)文件便阻止了其它用戶共享該文件；如果LAN中許多工作站請(qǐng)求和發(fā)送很多文 件，網(wǎng)絡(luò)很快就達(dá)到信息傳送的飽和狀態(tài)，造成瓶頸，降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。以PC機(jī)為主體的文件服務(wù)器并不能滿足分布式計(jì)算的需求，而客

4、戶機(jī)/服務(wù)器技術(shù)正是一種分布式計(jì)算模式，它集中了大中型系統(tǒng)及文件服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)，并有良 好的系統(tǒng)開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，即尋找一種適當(dāng)規(guī)?；?Rightsiz ing)?？蛻魴C(jī)/服務(wù)器計(jì)算模式定義了臺(tái)式機(jī)如何和服務(wù)器相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的共享，并利用臺(tái)式機(jī)的處理能力將數(shù)據(jù)和應(yīng)用分布到多個(gè)處理機(jī)上。這種模式當(dāng)時(shí)被用于工作組和部門的資源共享?？蛻魴C(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)有三個(gè)主要部件：數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、 客戶應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)。服務(wù)器負(fù)責(zé)有效地管理系統(tǒng)的資源，其任務(wù)集中于：數(shù)據(jù)庫(kù)安全性的要求數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)并發(fā)性的控制*數(shù)據(jù)庫(kù)前端的客戶應(yīng)用程序的全局?jǐn)?shù)據(jù)完整性規(guī)則*數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與恢復(fù)客戶端應(yīng)用程序的的主要任務(wù)是:提供用戶與數(shù)據(jù)

5、庫(kù)交互的界面.向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提交用戶請(qǐng)求并接收來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的信息利用客戶應(yīng)用程序?qū)Υ嬖谟诳蛻舳说臄?shù)據(jù)執(zhí)行應(yīng)用邏輯要求網(wǎng)絡(luò)通信軟件的主要作用是，完成數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和客戶應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳 輸。傳統(tǒng)C/S計(jì)算模型分析客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)比文件服務(wù)器系統(tǒng)能提供更高的性能，因?yàn)榭蛻舳撕头?wù)器 端將應(yīng)用的處理要求分開(kāi)，同時(shí)又共同實(shí)現(xiàn)其處理要求，對(duì)客戶端程序的請(qǐng)求實(shí) 現(xiàn)“分布式應(yīng)用處理”。服務(wù)器為多個(gè)客戶端應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)，而客戶端程序 發(fā)送、請(qǐng)求和分析從服務(wù)器接收的數(shù)據(jù)，這是一種“胖客戶機(jī)(Fat Client) ”，“瘦服務(wù)器(Thin Server) ”的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式。在一個(gè)客戶機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用中，

6、客戶端應(yīng)用程序是針對(duì)一個(gè)小的、 特定的數(shù)據(jù)集， 如一個(gè)表的行來(lái)進(jìn)行操作的，而不是像文件服務(wù)器那樣針對(duì)整個(gè)文件進(jìn)行，對(duì)某 一條記錄進(jìn)行封鎖，而不是對(duì)整個(gè)文件進(jìn)行封鎖，因此保證了系統(tǒng)的并發(fā)性，并 使網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量減到最少，從而改善了系統(tǒng)的性能。客戶機(jī)/服務(wù)器模型的優(yōu)點(diǎn)主要在于系統(tǒng)的客戶端應(yīng)用程序和服務(wù)器部件分別運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī) 上,系統(tǒng)中每臺(tái)服務(wù)器都可以適合各部件的要求，這對(duì)于硬件和軟件的變化顯示 出極大的適應(yīng)性和靈活性，而且易于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充和縮小。在客戶機(jī)/服務(wù)器模型中，系統(tǒng)中的功能部件充分隔離，客戶端用程序的開(kāi)發(fā)集中于數(shù)據(jù)的顯示和 分析，而數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的開(kāi)發(fā)則集中于數(shù)據(jù)的管理，不必在每

7、一個(gè)新的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中都要對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編碼。將大的應(yīng)用處理任務(wù)分布到許多通用網(wǎng)絡(luò)連接的 低成本計(jì)算機(jī)上導(dǎo)致了費(fèi)用的極大節(jié)約。隨著信息的全球化，區(qū)域的界限已經(jīng)被打破，電子商務(wù)作為In ternet的強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，迫使客戶機(jī)/服務(wù)器模式從局域網(wǎng)(LAN)向廣域網(wǎng)(WAN)延伸。如今, In ternet已經(jīng)成為全球最大的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境，在In ternet的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模型正是目前的流行趨勢(shì)。在這種條件下產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模 式實(shí)際上是對(duì)傳統(tǒng)的C/S計(jì)算模式的擴(kuò)充，用公式表示為：網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式=多層C/S +動(dòng)態(tài)計(jì)算多層C/S結(jié)構(gòu)兩層與三層C/S結(jié)構(gòu)的區(qū)別應(yīng)用程序從結(jié)構(gòu)上一般分為四

8、層：形式邏輯、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)邏輯和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 傳統(tǒng)的C/S計(jì)算多是基于兩級(jí)模式，如圖1所示，在這種模式中，所有的形式邏 輯和業(yè)務(wù)邏輯均駐留在 Client 端，而 Server 則成為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器， 負(fù)責(zé)各種數(shù) 據(jù)的處理和維護(hù)。因此 Server 變得很“瘦”，被稱為“瘦服務(wù)器 （Thin Server） ”。與之相反，這種模式需要在客戶端運(yùn)行龐大的應(yīng)用程序，這就是所 謂的“胖客戶機(jī)（Fat Client） ”。其數(shù)據(jù)流圖如圖2所示。圖2兩層C/S結(jié)構(gòu) 的一般處理流程 用公式表示為：兩層網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式 =多Client+單/多Database Server + 動(dòng)態(tài)計(jì)算 隨著 C/S 結(jié)構(gòu)應(yīng)用范

9、圍的不斷擴(kuò)大和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的問(wèn) 題日益明顯，主要表現(xiàn)在以下幾方面： 首先，系統(tǒng)的可靠性有所降低。一個(gè)客戶機(jī) /服務(wù)器系統(tǒng)是由各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)、制 造和管理的各種硬件和軟件的混合體， 其內(nèi)在的可靠性不如單一的、 中央管理的 大型機(jī)或小型機(jī)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，很難立即獲得技術(shù)支持和幫助。其次，維護(hù)費(fèi)用較高。 盡管這種應(yīng)用模式在某種程度上提高了生產(chǎn)效率， 由于客 戶端需要安裝龐大而復(fù)雜的應(yīng)用程序，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶的規(guī)模達(dá)到一定的數(shù)量之后， 系統(tǒng)的維護(hù)量急劇增加，因而維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)變得十分困難。第三，系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。 隨著客戶端的規(guī)模越來(lái)越大， 對(duì)客戶機(jī)資源的要求也越 來(lái)越高。 盡管硬件不斷更新

10、， 但新的操作系統(tǒng)和新的應(yīng)用軟件的不斷出現(xiàn)， 使得 用戶對(duì)硬件的更新仍然跟不上軟件更新的速度。 客戶不得不在本地硬盤上裝入大 量的軟件，但是使用的大都只是其中很少一部分（一般低于10）。在一個(gè)擁有眾多的“胖客戶機(jī)”的環(huán)境中，這無(wú)疑是一種巨大的浪費(fèi)。最后，系統(tǒng)缺乏靈活性。客戶機(jī) /服務(wù)器需要對(duì)每一應(yīng)用獨(dú)立地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序， 消耗了大量的資源， 但胖客戶機(jī)的計(jì)算模式卻仍然滿足不了日益增長(zhǎng)的應(yīng)用的需 要。在向廣域網(wǎng)擴(kuò)充（如 Internet ）的過(guò)程中，由于信息量的迅速增大，專用 的客戶端已經(jīng)無(wú)法滿足多功能的需求。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式從兩層模式擴(kuò)展到N層模式，并且結(jié)合動(dòng)態(tài)計(jì)算，解決了這一問(wèn)題。目前流行的三層網(wǎng)

11、絡(luò)計(jì)算模式，用公式表示為： 三層網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式 = 多瀏覽器 + 單 Web 服務(wù)器+多數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器+ 動(dòng)態(tài)計(jì) 如圖3所示，在三層模式中，Web!務(wù)器既作為一個(gè)瀏覽服務(wù)器，又作為一個(gè)應(yīng) 用服務(wù)器， 在這個(gè)中間服務(wù)器中， 可以將整個(gè)應(yīng)用邏輯駐留其上， 而只有表示層 存在于客戶機(jī)上。 這種結(jié)構(gòu)被稱之為“瘦客戶機(jī)”。 這種結(jié)構(gòu)中， 無(wú)論是應(yīng)用的 HTM頁(yè)還是Java Applet都是運(yùn)行時(shí)刻動(dòng)態(tài)下載的，只需隨機(jī)地增加中間層的 服務(wù) （ 應(yīng)用服務(wù)器 ），即可滿足擴(kuò)充系統(tǒng)的需要。由此我們可以用較少的資源建 立起具有很強(qiáng)伸縮性的系統(tǒng)，這正是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式帶來(lái)的重大改進(jìn)。三層 C/S 模式的數(shù)據(jù)流圖如圖 4 所

12、示。三層 C/S 結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn) 三層 C/S 結(jié)構(gòu)是將應(yīng)用功能分成表示層、 功能層和數(shù)據(jù)層三部分。 其解決方案是： 對(duì)這三層進(jìn)行明確分割，并在邏輯上使其獨(dú)立。原來(lái)的數(shù)據(jù)層作為DBMS已經(jīng)獨(dú)立 出來(lái)，所以關(guān)鍵是要將表示層和功能層分離成各自獨(dú)立的程序， 并且還要使這兩 層間的接口簡(jiǎn)潔明了。一般情況是只將表示層配置在客戶機(jī)中，如圖 5(1) 或圖 5(2) 所示。如果象圖 5(3) 所示的那樣連功能層也放在客戶機(jī)中，與二層 C/S 結(jié) 構(gòu)相比，其程序的可維護(hù)性要好得多 , 但是其他問(wèn)題并未得到解決?？蛻魴C(jī)的負(fù) 荷太重，其業(yè)務(wù)處理所需的數(shù)據(jù)要從服務(wù)器傳給客戶機(jī) ,所以系統(tǒng)的性能容易變 壞。如果將功能層和

13、數(shù)據(jù)層分別放在不同的服務(wù)器中， 如圖 5所示，則服務(wù)器和服務(wù) 器之間也要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。但是 , 由于在這種形態(tài)中三層是分別放在各自不同的 硬件系統(tǒng)上的，所以靈活性很高，能夠適應(yīng)客戶機(jī)數(shù)目的增加和處理負(fù)荷的變動(dòng)。 例如，在追加新業(yè)務(wù)處理時(shí)，可以相應(yīng)增加裝載功能層的服務(wù)器。因此 , 系統(tǒng)規(guī) 模越大這種形態(tài)的優(yōu)點(diǎn)就越顯著。值得注意的是 :三層 C/S 結(jié)構(gòu)各層間的通信效率若不高 ,即使分配給各層的硬件 能力很強(qiáng) , 其作為整體來(lái)說(shuō)也達(dá)不到所要求的性能。 此外, 設(shè)計(jì)時(shí)必須慎重考慮三 層間的通信方法、通信頻度及數(shù)據(jù)量。這和提高各層的獨(dú)立性一樣是三層 C/S 結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題。在三層 C/S 中，表示層是

14、應(yīng)用的用戶接口部分 ,它擔(dān)負(fù)著用戶與應(yīng)用間的對(duì)話功 能。它用于檢查用戶從鍵盤等輸入的數(shù)據(jù) , 顯示應(yīng)用輸出的數(shù)據(jù)。為使用戶能直 觀地進(jìn)行操作， 一般要使用圖形用戶接口 (GUI) ，操作簡(jiǎn)單、 易學(xué)易用。 在變更 用戶接口時(shí)， 只需改寫(xiě)顯示控制和數(shù)據(jù)檢查程序， 而不影響其他兩層。 檢查的內(nèi) 容也只限于數(shù)據(jù)的形式和值的范圍，不包括有關(guān)業(yè)務(wù)本身的處理邏輯。功能層相當(dāng)于應(yīng)用的本體， 它是將具體的業(yè)務(wù)處理邏輯地編入程序中。 表示層和 功能層之間的數(shù)據(jù)交往要盡可能簡(jiǎn)潔。數(shù)據(jù)層就是DBMS負(fù)責(zé)管理對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。DBM必須能迅速執(zhí)行大量數(shù) 據(jù)的更新和檢索?，F(xiàn)在的主流是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBMS。因

15、此一般從功能 層傳送到數(shù)據(jù)層的要求大都使用 SQL語(yǔ)言。在三層或N層C/S結(jié)構(gòu)中，中間件(Middleware) 是最重要的部件。所謂中間件 是一個(gè)用API定義的軟件層，是具有強(qiáng)大通信能力和良好可擴(kuò)展性的分布式軟件 管理框架。 它的功能是在客戶機(jī)和服務(wù)器或者服務(wù)器和服務(wù)器之間傳送數(shù)據(jù)， 實(shí) 現(xiàn)客戶機(jī)群和服務(wù)器群之間的通信。其工作流程是 : 在客戶機(jī)里的應(yīng)用程序需要 駐留網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)服務(wù)器的數(shù)據(jù)或服務(wù)時(shí)， 搜索此數(shù)據(jù)的C/S應(yīng)用程序需訪問(wèn)中間 件系統(tǒng)。該系統(tǒng)將查找數(shù)據(jù)源或服務(wù)，并在發(fā)送應(yīng)用程序請(qǐng)求后重新打包響應(yīng) , 將其傳送回應(yīng)用程序。 隨著網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式的發(fā)展， 中間件日益成為軟件領(lǐng)域的新 的熱點(diǎn)。中間件在整個(gè)分布式系統(tǒng)中起數(shù)據(jù)總線的作用， 各種異構(gòu)系統(tǒng)通過(guò)中間 件有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)整體。每個(gè) C/S環(huán)境，從最小的LAN環(huán)境到超級(jí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境， 都使用某種形式的中間件。 無(wú)論客戶機(jī)何時(shí)給服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求， 也無(wú)論它何時(shí)應(yīng)用存取數(shù)據(jù)庫(kù)文件，都有某種形式的中間件傳遞C/S鏈路，用以消除通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言、應(yīng)用邏輯與操作系統(tǒng)之間潛在的不兼容問(wèn)題。結(jié)論和兩層C/S結(jié)構(gòu)相比，三層C/S結(jié)構(gòu)具有更靈活的硬件系統(tǒng)構(gòu)成， 對(duì)于各個(gè)層可 以選擇與其處理負(fù)荷和處理特性相適應(yīng)的硬件。合理地分割三層結(jié)構(gòu)并使其獨(dú) 立，可以使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單清晰，這樣就提高了程序的可維護(hù)性。三層C/S結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用的各層