基于Web的分布式計算機結(jié)構(gòu)及技術(shù)應(yīng)用研究

吳冬芹

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)碼藝術(shù)學(xué)院，南京 210023）

將Web環(huán)境與分布式計算技術(shù)有機融合，是實現(xiàn)計算機結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)用的關(guān)鍵。相比于傳統(tǒng)B/S結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)訪問模式，基于中間件的分布式數(shù)據(jù)訪問模式可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的集中控制和有效管理，同時還能提供全新的業(yè)務(wù)邏輯編寫技術(shù)，以及增強系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出更強的優(yōu)越性?，F(xiàn)代信息管理系統(tǒng)承擔(dān)著更加多樣的功能，數(shù)據(jù)交互也更加頻繁，在這一背景下，有必要設(shè)計一種基于Web的分布式計算機結(jié)構(gòu)，利用分布式數(shù)據(jù)訪問中間件來提高系統(tǒng)響應(yīng)速率、優(yōu)化系統(tǒng)運行性能，從而更好地滿足用戶的使用需求。

1 基于Web的分布式應(yīng)用程序框架

從企業(yè)信息系統(tǒng)的使用需求出發(fā)，基于Web的分布式應(yīng)用程序框架應(yīng)滿足以下要求：①能夠?qū)崿F(xiàn)對客戶端的用戶管理與權(quán)限控制，對客戶端的計算資源有較高的利用率；②提供至少2個編程接口，既可滿足在線編程需要，同時又能提高信息傳遞效率；③具有一定的可擴展性，可支持HTML、ActiveX等程序語言的在線開發(fā)；④具有較強的可靠性，使用主流的加密措施（如數(shù)字簽名等）對數(shù)據(jù)進行加密，保障傳輸安全?；谏鲜鲂枨笤O(shè)計了Web應(yīng)用程序框架的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 分布式應(yīng)用程序框架的結(jié)構(gòu)組成

客戶端運行環(huán)境是以用戶界面作為切入點，向用戶提供注冊/登錄、數(shù)據(jù)訪問和軟件管理等一系列服務(wù)。為保證客戶端運行環(huán)境的安全性，本文設(shè)計的客戶端運行環(huán)境，是以ActiveX控件的形式，將客戶端嵌入到IE瀏覽器中。這樣一來，像用戶登錄、權(quán)限設(shè)置和訪問服務(wù)等一系列功能均可基于Web實現(xiàn)，從而減輕了系統(tǒng)運行負載，并保證了客戶端運行環(huán)境的安全。

2 基于中間件的分布式數(shù)據(jù)訪問技術(shù)

2.1 分布式數(shù)據(jù)訪問中間件的結(jié)構(gòu)模型

傳統(tǒng)的B/S結(jié)構(gòu)是在Web瀏覽器和數(shù)據(jù)庫之間建立Web服務(wù)器。Web服務(wù)器基于JSP、CGI等技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫，然后將結(jié)果以HTML或XML等方式反饋給Web瀏覽器。這種結(jié)構(gòu)存在諸多弊端，例如無法支持客戶端直接訪問數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)致用戶請求響應(yīng)延時嚴重；還有就是增加開發(fā)難度和維護成本。針對上述缺陷，本文設(shè)計了一種基于中間件的分布式數(shù)據(jù)訪問模式，其結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 分布式數(shù)據(jù)訪問中間件結(jié)構(gòu)模型

基于該結(jié)構(gòu)模型的訪問流程如下。

（1）客戶端發(fā)出訪問請求，并在數(shù)據(jù)接口組件處生成一個數(shù)據(jù)訪問語句。數(shù)據(jù)接口組件根據(jù)語句內(nèi)容，調(diào)用相關(guān)的安全組件，并在客戶端與服務(wù)器端之間構(gòu)建一條信息傳輸通道。

（2）通道建立后，將數(shù)據(jù)訪問語句從數(shù)據(jù)接口組件傳輸?shù)竭h程數(shù)據(jù)服務(wù)中心，并在成功接收該語句后，識別其業(yè)務(wù)邏輯。執(zhí)行一個判斷程序，如果判斷結(jié)果為“業(yè)務(wù)邏輯”，則調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯腳本解析部件；如果判斷結(jié)果為其他邏輯，同樣選擇與之對應(yīng)的腳本程序進行解析。

（3）遠程數(shù)據(jù)服務(wù)中心調(diào)用數(shù)據(jù)訪問控制部件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問，數(shù)據(jù)庫在接收該訪問請求后，可根據(jù)訪問權(quán)限作出“接受”或“拒絕”的判斷。

（4）如果允許訪問，則完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)檢索、調(diào)用等操作，并將數(shù)據(jù)訪問結(jié)果反饋給客戶端。

2.2 業(yè)務(wù)邏輯腳本語言的開發(fā)

由于數(shù)據(jù)庫訪問是基于邏輯組件實現(xiàn)的，因此要想提升訪問效率和保證數(shù)據(jù)安全，必須要開發(fā)一種適配性更強的業(yè)務(wù)邏輯腳本語言。該語言可以提供面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，并且能夠與數(shù)據(jù)訪問語言（如SQL等）具有較好的兼容性。基于腳本語言的業(yè)務(wù)邏輯處理流程如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)邏輯處理過程

開發(fā)人員根據(jù)業(yè)務(wù)需求，用腳本語言編寫相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，然后將其注冊到分布式數(shù)據(jù)訪問中間件中。整個分布式數(shù)據(jù)訪問中間件包含了3部分，即業(yè)務(wù)邏輯訪問接口、腳本語言解析軟件和數(shù)據(jù)訪問部件。中間件在完成腳本程序的解析后，提取出面向?qū)ο蟮木幊探涌?，并通過邏輯調(diào)用的方式呈現(xiàn)給客戶端的開發(fā)人員。開發(fā)人員根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理效果，重新修改腳本語言，直到業(yè)務(wù)邏輯處理結(jié)果符合預(yù)期。這種基于中間件與業(yè)務(wù)邏輯腳本語言相結(jié)合的開發(fā)模式，顯著提高了系統(tǒng)軟件開發(fā)效率。

2.3 分布式數(shù)據(jù)訪問中間件的可擴展性技術(shù)

在分布式應(yīng)用程序框架下，由于多臺客戶端均需要通過中間層服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫，會加大中間層服務(wù)器的運行負載，特別是在多個訪問請求同時發(fā)出后，很容易因為網(wǎng)絡(luò)堵塞而導(dǎo)致響應(yīng)延遲。為了解決這一問題，需要設(shè)計一個具有可擴展功能的分布式數(shù)據(jù)訪問中間件。在框架模型接入的客戶端數(shù)量較少時，只開放少量的訪問接口，既能滿足系統(tǒng)運行要求，又可以節(jié)約系統(tǒng)資源。隨著接入客戶端數(shù)量的不斷增加，可以擴展新的接口，在滿足系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上還能保證負載均分?，F(xiàn)階段可支持分布式數(shù)據(jù)訪問中間件擴展的技術(shù)有連接池、多線程等。負載均衡（Load Balancing）是近幾年出現(xiàn)的一種新型可擴展技術(shù)，其能通過應(yīng)用系統(tǒng)分區(qū)的方式，將應(yīng)用系統(tǒng)按照不同功能分成若干個分布在不同服務(wù)器上的子系統(tǒng)?？蛻魴C在發(fā)出訪問請求或服務(wù)請求后，首先進行請求解析，然后按照“就近原則”調(diào)用最近服務(wù)器作出響應(yīng)，建立會話并滿足客戶需求。

2.4 分布式數(shù)據(jù)訪問中間件的安全機制

安全性也是分布式數(shù)據(jù)訪問中間件設(shè)計中需要重點考慮的因素之一，具體又可分為2部分，即數(shù)據(jù)訪問安全、數(shù)據(jù)傳輸安全。在數(shù)據(jù)訪問方面，可以采取將客戶端與數(shù)據(jù)庫完全獨立的設(shè)計，防止用戶直接訪問數(shù)據(jù)庫。即便是用戶通過驗證正常登錄客戶端，也必須經(jīng)由分布式數(shù)據(jù)訪問中間件向數(shù)據(jù)庫發(fā)送訪問請求的指令，并且經(jīng)過數(shù)據(jù)庫驗證并接收該訪問請求后，方可瀏覽、調(diào)用數(shù)據(jù)，從而提高訪問安全性能。在數(shù)據(jù)傳輸方面，一種措施是選擇安全性較高的數(shù)據(jù)庫，例如現(xiàn)階段通用的Oracle、Informix等，這些數(shù)據(jù)庫可以自動對傳輸協(xié)議進行加密，有效避免了數(shù)據(jù)傳輸過程中被第三方攔截的情況。另一種措施則是在客戶端與服務(wù)器端之間新增一條加密的數(shù)據(jù)通道，也能起到保護數(shù)據(jù)傳輸安全的效果。加密數(shù)據(jù)通道的模型如圖4所示。

圖4 利用分布式數(shù)據(jù)訪問中間件建立安全數(shù)據(jù)通道

3 基于Web的分布式應(yīng)用程序框架系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 客戶端運行環(huán)境設(shè)計

該框架系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)服務(wù)模塊和用戶管理服務(wù)模塊等組成?？蚣芟到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫為獨立的Microsoft Access數(shù)據(jù)庫，采用分區(qū)存儲模式，有系統(tǒng)信息、臨時數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)3個分區(qū)，提高了數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用效率。用戶管理服務(wù)、模塊管理服務(wù)采用集成化設(shè)置，在Web服務(wù)器的IIS中用PHP腳本語言實現(xiàn)。在IIS和客戶端運行環(huán)境之間使用HTTP協(xié)議實現(xiàn)通信。使用IE提供的ActiveX插件，將客戶端嵌入到Web瀏覽器中，提供客戶端運行環(huán)境。用戶通過Web瀏覽器的登錄界面，輸入對應(yīng)的賬號、密碼后，可以成功登錄客戶端主界面，該頁面提供了系統(tǒng)管理（數(shù)據(jù)庫注冊與權(quán)限分配等）、系統(tǒng)開發(fā)（開發(fā)指南與VC測試等）、用戶反饋等功能。其中，模塊管理是客戶端運行環(huán)境的重要組成，模塊管理策略如圖5所示。

圖5 軟件模塊管理策略

3.2 用戶和模塊管理服務(wù)軟件設(shè)計

用戶管理服務(wù)提供用戶登錄、用戶注冊與刪除和用戶權(quán)限管理等服務(wù)；模塊管理服務(wù)提供模塊下載功能。由于2個模塊的功能實現(xiàn)都是基于數(shù)據(jù)庫中用戶和模塊信息進行操作，因此在軟件設(shè)計中需要提供專門存儲用戶與模塊信息的數(shù)據(jù)表。以用戶信息為例，其信息表（User_Info）見表1。

表1 用戶信息表

在模塊信息表中，考慮到模塊數(shù)量較多，因此采用樹狀結(jié)構(gòu)對模塊進行分類。例如在“系統(tǒng)開發(fā)”一項中，分別包含了相關(guān)文檔、開發(fā)指南和開發(fā)說明等子項，從而顯著提高了數(shù)據(jù)處理效率和查詢效率。除此之外，還設(shè)計了“用戶-欄目權(quán)限表”，在用戶和模塊之間建立映射關(guān)系，也是提高查詢效率的一種有效措施。

3.3 分布式數(shù)據(jù)訪問中間件設(shè)計

中間件由服務(wù)器端的分布式數(shù)據(jù)服務(wù)（COM服務(wù)）和數(shù)據(jù)訪問部件（ActiveX控件）組成，并且基于2個獨立平臺運行。本系統(tǒng)設(shè)計中采用Delphi定義數(shù)據(jù)集的操作接口，基于TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)中間件的通信傳輸，分布式數(shù)據(jù)訪問中間件的功能實現(xiàn)流程為：在客戶端與服務(wù)器端分別嵌入1個連接件，用于在2個端口之間建立數(shù)據(jù)訪問通道。在系統(tǒng)運行并產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互需求時，由客戶端向服務(wù)器端發(fā)送包含SQL的訪問語句。服務(wù)器端在接收到該訪問請求后，根據(jù)SQL語句信息訪問對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并從數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以CDS格式將數(shù)據(jù)封包，并以數(shù)據(jù)集形式發(fā)送給客戶端?？蛻舳嗽诮邮諗?shù)據(jù)集的過程中，同步打開數(shù)據(jù)訪問部件與應(yīng)用軟件模塊之間的Dataset數(shù)據(jù)訪問接口，以便于應(yīng)用軟件調(diào)用數(shù)據(jù)。

3.4 框架系統(tǒng)的應(yīng)用

為驗證基于Web的分布式應(yīng)用程序框架系統(tǒng)的應(yīng)用性能，將設(shè)計好的框架模型應(yīng)用到某企業(yè)的生產(chǎn)運營管理信息系統(tǒng)中，該系統(tǒng)主要包括2部分，其一是基于Web瀏覽器的網(wǎng)頁部分，包括企業(yè)簡介、公報通知、安全監(jiān)察、廉政建設(shè)和職工園地等；其二是網(wǎng)站維護部分，包括用戶及其權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫維護和網(wǎng)頁內(nèi)容編輯等?；赪eb分布式應(yīng)用程序框架模型的企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用效果如下。

（1）應(yīng)用軟件基于Web瀏覽器運行，解決了傳統(tǒng)分布式應(yīng)用系統(tǒng)維護成本高、維護難度大的問題。

（2）強化了對用戶權(quán)限與軟件模塊的管理，避免了用戶越權(quán)訪問的情況，同時還能節(jié)約系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)的安全性能。

（3）基于中間件的分布式數(shù)據(jù)訪問，提高了數(shù)據(jù)訪問與調(diào)用效率。同時保證數(shù)據(jù)庫與客戶機相互獨立，降低了數(shù)據(jù)并發(fā)時的系統(tǒng)負載，優(yōu)化了信息系統(tǒng)的運行性能。

（4）應(yīng)用軟件與信息系統(tǒng)相互獨立，需要對應(yīng)用軟件進行日常維護或更新升級時，管理員不必重復(fù)進行權(quán)限驗證，可以在登錄Web瀏覽器后直接從應(yīng)用程序框架上進行操作，從而簡化了操作流程并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

為解決傳統(tǒng)B/S架構(gòu)存在的用戶請求響應(yīng)延時、腳本語言功能有限等問題，本文使用基于中間件的分布式數(shù)據(jù)訪問技術(shù)設(shè)計了Web應(yīng)用程序框架模型，并將該模型應(yīng)用到某企業(yè)的信息管理系統(tǒng)中。從應(yīng)用效果來看，改進后的信息系統(tǒng)運行穩(wěn)定性更好，數(shù)據(jù)訪問與調(diào)用速率更快，達到了預(yù)期效果。下一步，還要在Web應(yīng)用程序框架的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)移動分布式應(yīng)用系統(tǒng)，從而推動這一技術(shù)在遠程故障診斷、遠程數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域有更好的應(yīng)用。