Реферат: Распределенные информационные системы. Архитектура распределенных информационных систем и Web-приложений

ВВЕДЕНИЕ 4

1.ПОНЯТИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИС 6

1.1. Предпосылки создания распределенных ИС 6

1.2. Понятие распределенных информационных систем 8

1.3. Средства работы с распределенными данными 11

2. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ БАЗЫ ДАННЫХ 13

2.1. Основные принципы 13

2.2 Типы распределенных БД 15

2.3. Назначение и принцип работы распределенной БД 16

3. ПРИМЕРЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

ЛИТЕРАТУРА 26

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность данной темы реферата состоит в том, что в мировой экономике происходят процесса глобализации и информационной интеграции. Они затронули и нашу страну, которая в силу географического положения и размеров вынуждена применять распределенные информационные системы (ИС). Распределенные ИС обеспечивают работу с данными, расположенными на разных серверах, различных аппаратно-программных платформах и хранящимися в различных форматах. Они легко расширяются, основаны на открытых стандартах и протоколах, обеспечивают интеграцию своих ресурсов с другими ИС, предоставляют пользователям простые интерфейсы.

В мире существует громадное количество готовых к использованию информационно-вычислительных ресурсов. Они создавались в разное время, для их разработки использовались разные подходы. Почти всегда при разработке новой информационной системы можно найти подходящие по своим функциям уже работающие готовые компоненты. Проблема состоит в том, что при их создании не учитывались требования несовместимости. Эти компоненты не понимают один другого, они не могут работать совместно. Желательно иметь механизм или набор механизмов, которые позволят сделать такие независимо разработанные информационно-вычислительные ресурсы совместимыми.

В данной работе рассмотрены основные сведения о распределенной информационной системе: описаны предпосылки ее развития, средства работы с данными, введено понятие распределенной базы данных, а также ее типов и основных принципов. В третьей главе представлены примеры распределенных информационных систем, такие как: - Informix On-Line фирмы Informix Software;- Ingres Intelligent Database фирмы Ingres Corp;- Oracle (version 7) фирмы Oracle Corp;- Sybase System 10 фирмы Sybase Inc.

Целью исследования является изучение теоретических основ о распределенных информационных системах, а также формирование знаний о принципах ее работы.

Такое распределение данных позволяет, например, хранить в узле сети те данные, которые наиболее часто используются в этом узле. Такой подход облегчает и ускоряет работу с этими данными и оставляет возможность работать с остальными данными БД.

1.ПОНЯТИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИС

1.1. Предпосылки создания распределенных ИС

C самого начала развития вычислительной техники образовались два основных направления ее использования. Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию класса языков программирования, ориентированных на удобную запись численных алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур ЭВМ.

Второе направление - это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Обычно объемы информации, с которыми приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Одними из естественных требований к таким системам являются средняя быстрота выполнения операций и сохранность информации.

Но поскольку информационные системы требуют сложных структур данных, эти индивидуальные дополнительные средства управления данными являлись существенной частью информационных систем и практически повторялись от одной системы к другой. Стремление выделить и обобщить общую часть информационных систем, ответственную за управление сложно структурированными данными, и явилось, судя по всему, первой побудительной причиной создания различных систем управления.

Очень скоро стало понятно, что невозможно обойтись общей библиотекой программ, реализующей над стандартной базовой файловой системой более сложные методы хранения данных, например, хранение информации в нескольких файлах. Таким образом, все это способствовало созданию распределенных информационных систем.

Фактически, если информационная система поддерживает согласованное хранение информации в нескольких файлах, можно говорить о том, что она поддерживает базу данных. Если же некоторая вспомогательная система управления данными позволяет работать с несколькими файлами, обеспечивая их согласованность, можно назвать ее системой управления базами данных. Уже только требование поддержания согласованности данных в нескольких файлах не позволяет обойтись библиотекой функций: такая система должна иметь некоторые собственные данные (метаданные) и даже знания, определяющие целостность данных .

1.2. Понятие распределенных информационных систем

Обычно, распределенной считают такую систему, в которой функционирует более одного сервера БД. Это применяется для уменьшения нагрузки на сервер и обеспечения работы территориально удаленных подразделений. Различная сложность создания, модификации, сопровождения, интеграции с другими системами позволяют разделить ИС на классы малых, средних и крупных распределенных систем. Малые ИС имеют небольшой жизненный цикл (ЖЦ), ориентацию на массовое использование, невысокую цену, невозможность модификации без участия разработчиков, использующие в основном настольные системы управления базами данных (СУБД) , однородное аппаратно-программное обеспечение, не имеющие средств обеспечения безопасности. Крупные корпоративные ИС, системы федерального уровня и другие имеют длительный жизненный цикл, миграцию унаследованных систем, разнообразие аппаратно-программного обеспечения, масштабность и сложность решаемых задач, пересечение множества предметных областей, аналитическую обработку данных, территориальную распределенность компонент .

К функциям таких ИС следует отнести, прежде всего, работу с распределенными данными, расположенными на разных физических серверах, различных аппаратно-программных платформах и хранящихся в различных внутренних форматах. В этом случае система должна предоставлять полную информацию о себе и всех своих ресурсах, легко расширяться, быть основана на открытых стандартах и протоколах, обеспечивать возможность интегрировать свои ресурсы с ресурсами других ИС. Для пользователей система должна обеспечивать различные уровни привилегий для пользователей и предоставлять простые интерфейсы доступа к информации.

Данные из разнородных систем обычно объединяются в логические группы, к которой и адресуются запросы. Абстрактная система запросов предполагает, что система оперирует не конкретным синтаксисом запросов, а его логической сутью на основе абстрактных атрибутов.
При построении распределенных ИС, как правило, используются две базовые архитектуры: Клиент/сервер и Internet Intranet.
Корпоративные ИС, построенные по архитектуре Клиент/сервер, предоставляют клиентам широкий спектр приложений и инструментов разработки, которые ориентированы на максимальное использование вычислительных возможностей клиентских рабочих мест. Ресурсы сервера используются в основном для хранения и обмена документами, а также для выхода во внешнюю среду. Данная архитектура позволяет лучше защитить серверную часть приложений, при этом, предоставляя возможность приложениям либо непосредственно адресоваться к другим серверным приложениям, либо маршрутизировать запросы к ним. Однако, частые обращения клиента к серверу снижают производительность работы сети. Приходится решать вопросы безопасной работы в сети, так как приложения и данные распределены между различными клиентами. Распределенный характер построения системы обусловливает сложность ее настройки и сопровождения

В основе ИС на базе Internet Intranet лежит принцип "открытой архитектуры". ПО ИС реализуется в виде аплетов или сервлетов (программ на языке JAVA) или в виде cgi модулей (программ на Perl или С). ИС данной архитектуры включает Web-yinh\, реализованные при помощи технологий CORBA Enterprise JavaBeans, ActiveX 1X"ОМ, многоуровневые приложения на основе Java и XML, .Net-концепция с XML, в которой обмен между различными серверами (хранилищами данных, бизнес-приложениями, серверами для мобильных клиентов и другое) производится при помощи нейтрального к любой архитектуре XML.

Под распределенной информационной базой понимается неограниченное количество баз данных, дистанционно отдаленных друг от друга и имеющих ряд общих характеристик:

Функционирующих по единым правилам, определенным централизованно для всех баз данных, входящих в распределенную информационную базу;

Обмен данными осуществляется по правилам, также определенным централизованно.

Организация распределенной базы необходима для компаний, осуществляющих различные виды деятельности, если в их повседневной работе возникает потребность решения следующих задач:

Необходимость оперативного получения информации из баз данных дистанционно отдаленных подразделений (или филиалов);

Необходимость консолидации в единой базе данных информации из баз данных юридических лиц, входящих в структуру компании, для последующего анализа данных и получения отчетности из одной базы, как по компании в целом, так и по каждому юридическому лицу в отдельности;

Распределённые базы данных (РБД) - совокупность логически взаимосвязанных баз данных, распределённых в компьютерной сети.

РБД состоит из набора узлов, связанных коммуникационной сетью, в которой:

каждый узел - это полноценная СУБД сама по себе;

узлы взаимодействуют между собой таким образом, что пользователь любого из них может получить доступ к любым данным в сети так, как будто они находятся на его собственном узле.

Каждый узел сам по себе является системой базы данных. Любой пользователь может выполнить операции над данными на своём локальном узле точно так же, как если бы этот узел вовсе не входил в распределённую систему. Распределённую систему баз данных можно рассматривать как партнёрство между отдельными локальными СУБД на отдельных локальных узлах.

Фундаментальный принцип создания распределённых баз данных («правило 0»): Для пользователя распределённая система должна выглядеть так же, как нераспределённая система.

Фундаментальный принцип имеет следствием определённые дополнительные правила или цели. Таких целей всего двенадцать:

Локальная независимость. Узлы в распределённой системе должны быть независимы, или автономны. Локальная независимость означает, что все операции на узле контролируются этим узлом.

Отсутствие опоры на центральный узел. Локальная независимость предполагает, что все узлы в распределённой системе должны рассматриваться как равные. Поэтому не должно быть никаких обращений к «центральному» или «главному» узлу с целью получения некоторого централизованного сервиса.

Непрерывное функционирование. Распределённые системы должны предоставлять более высокую степень надёжности и доступности.

Независимость от расположения. Пользователи не должны знать, где именно данные хранятся физически и должны поступать так, как если бы все данные хранились на их собственном локальном узле.

Независимость от фрагментации. Система поддерживает независимость от фрагментации, если данная переменная-отношение может быть разделена на части или фрагменты при организации её физического хранения. В этом случае данные могут храниться в том месте, где они чаще всего используются, что позволяет достичь локализации большинства операций и уменьшения сетевого трафика.

Независимость от репликации. Система поддерживает репликацию данных, если данная хранимая переменная-отношение - или в общем случае данный фрагмент данной хранимой переменной-отношения - может быть представлена несколькими отдельными копиями или репликами, которые хранятся на нескольких отдельных узлах.

Обработка распределённых запросов. Суть в том, что для запроса может потребоваться обращение к нескольким узлам. В такой системе может быть много возможных способов пересылки данных, позволяющих выполнить рассматриваемый запрос.

Управление распределёнными транзакциями. Существует 2 главных аспекта управления транзакциями: управление восстановлением и управление параллельностью обработки. Что касается управления восстановлением, то чтобы обеспечить атомарность транзакции в распределённой среде, система должна гарантировать, что все множество относящихся к данной транзакции агентов (агент - процесс, который выполняется для данной транзакции на отдельном узле) или зафиксировало свои результаты, или выполнило откат. Что касается управления параллельностью, то оно в большинстве распределённых систем базируется на механизме блокирования, точно так, как и в нераспределённых системах.

Аппаратная независимость. Желательно иметь возможность запускать одну и ту же СУБД на различных аппаратных платформах и, более того, добиться, чтобы различные машины участвовали в работе распределённой системы как равноправные партнёры.

Независимость от операционной системы. Возможность функционирования СУБД под различными операционными системами.

Независимость от сети. Возможность поддерживать много принципиально различных узлов, отличающихся оборудованием и операционными системами, а также ряд типов различных коммуникационных сетей.

Независимость от типа СУБД. Необходимо, чтобы экземпляры СУБД на различных узлах все вместе поддерживали один и тот же интерфейс, и совсем необязательно, чтобы это были копии одной и той же версии СУБД.

Типы распределённых баз данных

Распределённые базы данных

Мультибазы данных с глобальной схемой. Система мультибаз данных - это распределённая система, которая служит внешним интерфейсом для доступа ко множеству локальных СУБД или структурируется, как глобальный уровень над локальными СУБД.

Федеративные базы данных. В отличие от мультибаз не располагают глобальной схемой, к которой обращаются все приложения. Вместо этого поддерживается локальная схема импорта-экспорта данных. На каждом узле поддерживается частичная глобальная схема, описывающая информацию тех удалённых источников, данные с которых необходимы для функционирования.

Мультибазы с общим языком доступа - распределённые среды управления с технологией «клиент-сервер»

Распределенные информационные системы

Распределенная информационная система представляет собой множество баз данных, которые дистанционно удалены друг от друга и имеют ряд общих параметров. Они функционируют по общим правилам, которые определены централизованно одновременно для всех баз данных, включенных в информационную систему. Обмен информацией производится согласно правилам, которые также определены централизованно.

Организация распределенной информационной системы необходима для предприятий, занимающихся различными видами деятельности, в случае возникновения потребности в решении таких задач как необходимость в оперативном получении информации из базы данных дистанционно удаленных подразделений. Также потребность во внедрении такой системы может возникать при необходимости консолидации в общей базе данных информации содержащейся в базах данных юридических лиц, которые входят в структуру предприятия. Это осуществляется с целью дальнейшего анализа данных и формирования отчетов из одной базы, как по предприятию в целом, так и в отдельности по каждому юридическому лицу.

Подобная информационная система реализуется при необходимости введения централизованных изменений структуры и конфигурации правил работы базы данных для функционирования всех удаленных подразделений и юридических лиц. При этом может запрещаться возможность изменения некоторых правил непосредственно из отдаленных подразделений.

Также внедрение распределенной информационной системы производится при необходимости обеспечения контроля над изменением данных в дистанционно удаленных подразделениях организации.

Процедура организации распределенной информационной системы состоит из двух этапов. На первом проводится подготовительная работа: определяются структуры информационной системы, правила миграции информации между базами данных, которые входят в распределенную информационную систему, а также правила ограничения на внесение изменений в таких базах данных.

Второй этап включает в себя процесс подготовки распределенной информационной системы. На этом этапе осуществляется выбор оптимально подходящего программного обеспечения, при помощи которого будет организовываться распределенная информационная база, работающая по правилам, описанным в результате осуществления подготовительной работы. Также на этом этапе проводится конфигурация выбранного программного обеспечения с целью организации и эффективного управления распределенными информационными системами.

В качестве примера рассмотрим корпоративную информационную систему - Региональную распределенную информационную систему образования (РРИСО).

Задачи РРИСО (рис. 5.1):

1. Ведение централизованной базы данных для обеспечения управления системой.
2. Интеграция неоднородных баз данных педагогической и управленческой информации.
3. Обеспечение единого интерфейса пользователя и формирования типовых документов.
4. Создание централизованной электронной библиотеки и поддержка работы учащихся, преподавателей с периферийными электронными библиотеками.
5. Поддержка дистанционного обучения и независимого тестирования.
6. Совместное использование вычислительных ресурсов и оборудования.
7. Автоматический обмен электронной информацией между учреждениями образования, автоматизация процессов создания, обработки и хранения информации.
8. Защита информации, размещенной в РРИСОН, и авторских прав разработчиков БД, электронных учебных материалов и приложений.
9. Поддержка групповой работы при подготовке электронных учебных материалов, обучении, научных исследованиях.
10. Интеграция с аналогичными информационными системами зарубежных и отечественных компьютерных сетей.

Рис. 5.1.

Объект автоматизации (рис. 5.2) имеет географически распределенную структуру. Он состоит из департамента образования региона, муниципальных органов управления образованием, районных органов управления образованием, образовательных учреждений. Все они рассредоточены на большой площади региона. Они взаимодействуют с администрациями региона, городов, районов, с учащимися и их родителями, общественностью.

Рис. 5.2.

Целью функционирования информационной системы является мониторинг в сфере образования (рис. 5.3).

Рис. 5.3.

Региональная распределенная информационная система имеет иерархическую организацию (рис. 5.4).

Иерархическая структура системы обусловлена наличием нескольких уровней управления образованием: региональный уровень (Департамент образования и структурные подразделения администрации региона), уровень крупных муниципальных образований (органы управления образованием, подразделения администрации города - регионального центра), уровень районов области и городских районов, уровень отдельных образовательных учреждений различных типов и видов, других ведомств, учреждений и организаций, обеспечивающих социальное обслуживание, защиту прав детей и подростков.

Автоматизация информационного обмена обеспечивает согласованность данных, используемых на различных уровнях информационной системы, повышает их достоверность .

Рис. 5.4.

Взаимодействие между органами управления образованием и образовательными учреждениями, существующие между ними информационные потоки, определяются положением о департаменте образования региона. ИС должна иметь архитектуру, соответствующую структуре объекта автоматизации. Разрабатываемая система должна включать подсистемы, принадлежащие нескольким уровням иерархии:

· Уровень образовательных учреждений. Компоненты этого уровня различаются по набору реализуемых в них функций в зависимости от типа образовательного учреждения. Основное назначение этих компонентов в данной системе - сбор первичной информации о деятельности образовательного учреждения и формирование отчетности (сведений о деятельности конкретных образовательных учреждений различных типов) для органов управления образованием и органов государственной статистики, а также поддержание функций управления образовательным учреждением, организации учебного процесса в нем. Необходимость объединения этих функций в одном приложении диктуется требованием минимизации ручной обработки информации, повторного ее ввода и дублирования, что является источником ошибок при эксплуатации информационных систем.
· Уровень муниципальных органов управления образованием районов региона. Основным назначением данных подсистем является получение первичной информации от образовательных учреждений, ее интеграция и передача на вышестоящий уровень, формирование отчетности (сведений о деятельности учебных учреждений района, города) для вышестоящих органов управления образованием и органов государственной статистики, а также поддержание функций управления образовательными учреждениями соответствующей территории.
· Уровень Департамента образования региона. Основным назначением компонентов данного уровня является анализ полученной от подсистем нижележащих уровней информации, поддержание функций управления образованием, формирование государственной статистической отчетности и поддержание комплексной системы мониторинга в сфере образования.

Подсистемы каждого уровня обеспечивают ведение первичной информации и документационное обеспечение деятельности учреждений образования и органов управления образованием, формирование первичных и сводных отчетов, информационный обмен с другими подсистемами, защиту информации.

Рис. 5.5.

Архитектура ИС соответствует многоуровневой структуре системы образования региона. Система включает подсистемы нескольких уровней (рис. 5.5):

· Информационные системы образовательных учреждений различных типов и видов.
· Информационные системы муниципальных (территориальных, районных) органов управления образованием.
· Информационную систему органов управления образованием регионального уровня.

В системе регионального масштаба должна поддерживаться возможность распределенного хранения и распределенной обработки данных.

Каждая подсистема работает со своей локальной базой данных, но единой моделью. Данные фрагментированы. Для реализации возможности передачи данных между БД подсистем используется компонент реплицирования данных.

Все изменения, вносимые в модель данных при необходимости ее расширения, настройки на новые информационные потребности, передаются в те подсистемы, работу которых затрагивают обновления.

Интеграция подсистем реализуется на основе технологии BizTalk Server .

Программная платформа технологии - Microsoft .NET .

Рис. 5.6.

Программное обеспечение ИС (рис. 5.6) гибко конфигурируется при установке: осуществляется настройка на выполнение функций подсистемы соответствующего уровня, на работу в учреждениях образования различных типов и видов, различные условия эксплуатации.

Пользователи имеют возможность осуществлять поиск и отбор документов, их просмотр (через компоненты управления документами).

В системе поддерживаются функции автоматизации выполнения типовых операций, делопроизводства и документооборота (через компоненты управления бизнес-процессами). Изменения в БД вносятся только через выполнение соответствующих операций, в ходе которых изменяются первичные данные, создаются документы.

Выполнение операций и работа с документами осуществляются в соответствии с правами пользователей, определяемыми их принадлежностью к определенной категории, должностными обязанностями.

Архитектура распределенных информационных систем и Web-приложений

Распределенная система - это набор независимых вычислительных машин, представляющийся их пользователям единой объединенной системой. Не смотря на то, что все компьютеры автономны, для пользователей они представляются единой системой.

К основным характеристикам распределенных систем:

1. От пользователей скрыты различия между компьютерами и способы связи между ними. То же самое относится и к внешней организации распределенных систем.

2. Пользователи и приложения единообразно работают в распределенных системах, независимо от того, где и когда происходит их взаимодействие.

Распределенные системы должны также относительно легко поддаваться расширению, или масштабированию. Эта характеристика является прямым следствием наличия независимых компьютеров, но в то же время не указывает, каким образом эти компьютеры на самом деле объединяются в единую систему.

Для того чтобы поддержать представление системы в едином виде, организация распределенных систем часто включает в себя дополнительный уровень программного обеспечения, находящийся между верхним уровнем, на котором находятся пользователи и приложения, и нижним уровнем, состоящим из операционных систем (рисунок 1.11).

Соответственно, такая распределенная система обычно называется системой промежуточного уровня (middleware). Отметим, что промежуточный уровень распределен среди множества компьютеров.

К особенностям функционирования распределенных систем относятся:

· наличие большого количества объектов;

· задержки выполнения запросов (так если локальные вызовы требуют порядка пары сотен наносекунд, то запросы к объекту в распределенных системах требует от 0.1 до 10 мс);

· некоторые объекты могут не использоваться на протяжении длительного времени;

· распределенные компоненты выполняются параллельно, что приводит к необходимости согласования выполнения;

· запросы в распределенных системах имеют большую вероятность отказов;

· повышенные требования к безопасности.

В связи наличием повышенных задержек интерфейсы в распределенной системе должны быть спроектированы так, чтобы снизить время выполнения запросов. Это можно достичь путем снижения частоты обращения, а также укрупнением выполняемых функций.

Для борьбы с отказами клиенты обязаны проверять факт выполнения запросов сервером. Безопасность в распределенных приложениях может быть повышена путем контроля сеансов связи (аутентификация, авторизация, шифрование данных).

Архитектура Web-приложений (Web -сервиса) широко применяется в настоящее время. Web-сервис – приложение, доступное через Интернет. Оно предоставляет услуги, форма которых не зависит от поставщика услуг, так как используется универсальная платформа функционирования и универсальный формат данных (XML). В основе Web –сервисов лежат стандарты, определяющие форматы и язык запросов, а также протоколы поиска этих сервисов в Интернете. Схема доступа к базе данных через Интернет показана на рис.1.12.

Рисунок 1.12 – Схема доступа к серверу СУБД через Интернет

В настоящее время существуют три различных технологии, поддерживающие концепцию распределенных объектных систем: EJB, DCOM CORBA.

Основная идея, лежащая в разработке технологии EJB (Enterprise Java Beans ) – создать такую инфраструктуру для компонентов, чтобы они могли бы легко вставляться и удаляться из серверов, тем самым повышая или снижая функциональность сервера. EJB-компоненты являются Java-классами и могут работать на любом EJB-совместимом сервере даже без перекомпиляции. Основными целями EJB-технологии является:

1. Облегчить разработчикам создание приложений, избавив их от необходимости реализовать с нуля такие сервисы, как транзакции, нити, загрузки и др. Разработчики могут сконцентрировать свое внимание на описании логики своих приложений, перекладывая задачи по хранению, передаче и безопасности данных на EJB-систему.

2. Описать основные структуры EJB-системы и интерфейсы взаимодействия между ее компонентами.

3. Освободить разработчика от реализации EJB-объектов за счет наличия специального кодогенератора.

Благодаря используемойJava-модели, EJB является относительно простым и быстрым способом создания распределенных систем.

Технология DCOM (Distributed Component Object Model ) - программная архитектура, разработанная компанией Microcoft для распределения приложений между несколькими компьютерами в сети. Программный компонент на одном из компьютеров может использовать DCOM для передачи сообщений к компоненту на другом компьютере. DCOM автоматически устанавливает соединение, передает сообщение и возвращает ответ удаленного компонента. Способность DCOM связывать компоненты позволила Microcoft наделить Windows рядом дополнительных возможностей, в частности, реализовать сервер Microsoft Transaction Server, отвечающий за выполнение транзакций баз данных через Интернет.