Client

Teil I:
Existierende Infrastruktur heterogener und
verteilter Informationssysteme
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Infrastruktur durch erweiterte Datenbankfunktionalität (“TP-Lite”)
Middleware-Infrastruktur durch TP-Monitore (“TP-Heavy”)
Standards zur verteilten Objektverwaltung
Object Transaction-Monitore
Enterprise JavaBeans
Message-Oriented Middleware
Web-Services
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 1
Kap. 1: Infrastruktur durch erweiterte
Datenbankfunktionalität (“TP-Lite”)
1.1 Traditionelle, zweistufige Architektur (“Two-tier”)
‰
‰
Klassifikation von Datenbankservern
Architekturvarianten: Aufgabenteilung
zwischen Client und Server
•
•
Fat Clients
– Embedded SQL (statisch und dynamisch)
– SQL Call-Level-Interfaces
Fat Server
– Stored Procedures, Trigger, UDTs
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Client
…
Client
DBMS
DB
DB-Server
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 2
Klassifikation von Datenbank-Servern
DB-Server
Monolithisch
Multiple Server
ein DBS-Prozess
mehrere DBS-Prozesse
Symmetrisch
Asymmetrisch
pro Anwendungsprozess ein
DBS-Prozess
dynamische
Zuordnung von
Anwendungsprozesse zu
DBS-Prozessen
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 3
Monolithischer Server
‰
Genau ein Server-Prozess für viele Clients
•
•
‰
Einfache Kommunikation im Server durch Shared Memory
•
‰
Server verwendet mehrere Threads (Reentrant Code)
Führt eigene Ressourcenverwaltung durch
Synchronisierter Zugriff auf Systempuffer und zentrale Systemtabellen
Monolithische Architektur z.B. bei Sybase oder MS SQL Server zu finden
AP
AP
Client … Client
1
i
CL
CL
AP
Client
n
…
DBMS
Server
CL
Betriebssystem 1
Betriebssystem m
Netzwerk
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 4
Multiple Server: Symmetrische Konfiguration
‰
‰
‰
DBMS ist ein Verbund von verschiedenen Prozessen
Jedem Client ist genau ein Server Prozess zugeordnet
• Statische Zuordnung, feste Anzahl n Server vorgeneriert
« Maximaler Parallelitätsgrad ist n
Zu finden bei Oracle im Dedicated Server-Mode, bei Informix und DB2
AP
Client
1
CL
…
AP
Client
i
CL
AP
Client
n
…
CL
Betriebssystem 1
DBMS … DBMS … DBMS
Server
Server
Server
n
i
1
Betriebssystem m
Netzwerk
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 5
Multiple Server: Asymmetrische Konfiguration
‰
‰
Ein Client wird mit Hilfe des Dispatchers mit einem freien Server-Prozess
verbunden
• Feste Anzahl Server ist vorgeneriert
• Der Parallelitätsgrad kann jedoch höher sein
(da mehrere Clients sich einen Server-Prozess teilen können)
Zu finden bei Oracle im Multi-Threaded-Server-Mode
CL
…
AP
Client
i
AP
Client
n
CL
CL
Betriebssystem 1
Dispatcher
AP
Client
1
DBMS … DBMS
Server
Server
1
k
Betriebssystem m
Netzwerk
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 6
Two-Tier-Architektur
‰
‰
Client und Server sind völlig getrennt
Kommunikation zwischen Client und Server
•
‰
Via Netzwerk oder IPC mit gemeinsamen Protokoll
(z.B. JDBC, Oracle Net8)
(Klare) Aufgabenteilung zwischen Client und Server
•
•
•
Präsentation
Datenverwaltung
Anwendungsfunktionalität
Client
« Client
« Server
« ???
Server
Client
DB
Server
DB Client
Library
DB Server
Library
Betriebssystem
Netzwerk, IPC
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Betriebssystem
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 7
Two-Tier-Architektur: Realisierung
‰
‰
‰
Aufgabenteilung: Anwendungsfunktionalität
im Client oder Server?
• Fat Client / Thin Server
• Thin Client / Fat Server
Was soll der Client machen?
• Präsentation
• Anwendungsfunktionalität (ESQL/CLI)
Was sind die Aufgaben des Servers?
• Datenverwaltung
• Anwendungsfunktionalität (Stored Procedures, Trigger, etc.)
Data
Presentation
Access
Functionality
Client
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Data
Management
Server
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 8
Anwendungsentwicklung —
Fat Client / Thin Server
Embedded SQL
Anwendung
Client
Call-Level SQL
Anwendung
SQL
CLI Calls
Präcompiler
CLI-API (Application
Program Interface)
PräcompilerRuntime Library
Call Level Interface
Runtime Library
DBMS-Treiber
SQL-FAP (Format and Protocols),
herstellerdefiniert, z.B. Net8 von Oracle
DBMS
DB
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Server
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 9
Embedded SQL (ESQL)
‰
Nach ISO SQL-92 definierte Einbettung von SQL in Programmiersprachen
•
‰
Präcompiler ersetzt die SQL-Aufrufe in Calls der jeweiligen Runtime
Library des verwendeten Datenbank-Servers
•
‰
Bei Wechsel der Datenbank müssen ESQL-Programme nur neu kompiliert
und gelinkt werden
Statisches ESQL
•
•
‰
z.B. Java (SQLJ), C, C++, Fortran, Pascal, Cobol, PL/1, Ada
Alle SQL-Statements müssen bereits zur Compile-Zeit vollständig bekannt
sein
Daher müssen auch alle verwendeten Datenbankobjekte zur Compile-Zeit
vorhanden sein
Dynamisches ESQL
•
•
SQL-Statements werden erst zur Laufzeit erzeugt (dynamisches Generieren
von Strings, die SQL-Anweisungen beinhalten)
Die verwendeten Datenbankobjekte müssen daher zur Compile-Zeit noch
nicht existieren
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 10
Embedded SQL – statisch
ESQL/CQuellProgramm
(SQL-Anweisungen
bekannt)
ESQL/C
Präcompiler
C-QuellProgramm
mit SQL
Anweisungen
und ESQL/C
Aufrufen
Beispiel:
credit (int accountno) {
EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION;
NUMBER
acc_no;
NUMBER
bal;
EXEC SQL END DECLARE SECTION;
acc_no := accountno;
EXEC SQL SELECT a.balance
INTO :bal
FROM account a
WHERE a.account_number =
:acc_no;
}
‰
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Existenz von Tabellen und Attributen
Syntaxprüfung, Typenprüfung
Zusätzliche Ersetzungen:
•
•
‰
Ausführbares
Programm
Zur Compilezeit führt der Präcompiler u.a.
folgende Prüfungen durch (mit Hilfe von
Informationen aus dem Datenbank-Katalog):
•
•
‰
CPräprozessor
Compiler
und Linker
Die datenbankspezifischen Datentypen (Host
Variables) werden durch Datentypen der
jeweiligen Programmierumgebung ersetzt
Beispiel (ESQL/C): VARCHAR2(10) wird zu
struct { unsigned short len;
unsigned char arr[10]; }
Ansatz ist recht unflexibel (da alle SQLStatements zur Compile-Zeit bekannt sein
müssen), jedoch: wenige Laufzeitfehler!
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 11
Embedded SQL – dynamisch
ESQL/CQuellProgramm
(SQL-Anweisungen noch
nicht bekannt)
ESQL/C
Präcompiler
C-QuellProgramm
mit SQL
Anweisungen
und ESQL/C
Aufrufen
Beispiel:
credit( int amount, int accountno,
char *table) {
char dyn_stmt[120];
sprintf(dyn_stmt,
"UPDATE %s SET balance = balance +
:a WHERE account_number = :ano“,
table);
EXEC SQL PREPARE sql_stmt FROM
:dyn_stmt;
EXEC SQL EXECUTE sql_stmt USING
:amount, :accountno;
‰
CPräprozessor
Compiler
und Linker
Ausführbares
Programm
Das SQL Statement ist erst
zur Laufzeit bekannt
•
•
•
Der Precompiler kann
weniger Überprüfungen
durchführen
Mehr Flexibilität
Aber auch mehr
Laufzeitfehler möglich!
}
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 12
SQL Call-Level Interface (CLI)
‰
Standardisierte Schnittstelle zur Kommunikation mit Datenbanken ohne
Präcompiler
•
‰
SQL/CLI: Standard seit 1996
•
•
‰
Ursprung in Aktivitäten der SQL Access Group (SAG) mit dem Ziel, einen
vereinheitlichten Zugriff auf Datenbanken bereitzustellen
Ist auch Bestandteil von SQL3
SQL/CLI beinhaltet
•
•
•
•
•
‰
CLI-API erlaubt das Erstellen und Ausführen von SQL-Anweisungen zur
Laufzeit
DB-Verbindungsaufnahme und Beendigung
Vorbereitung und Ausführen von SQL-Anweisungen (“prepare” und “execute”)
Binden von Parametern an SQL-Anweisungen (“bind”)
Entgegennahme von Resultaten
Festlegung von Datentypen (über spezielle Codes für jeden Datentyp)
CLI-Call wird durch den proprietären DBMS-Treiber umgesetzt in
herstellerspezifischen DB-Zugriff
•
Mit geeignetem Treiber kann prinzipiell jede Datenquelle angesprochen werden
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 13
CLI-Dialekte
‰
Neben standardisiertem SQL/CLI haben sich noch weitere
Dialekte herausgebildet (war das ursprüngliche Ziel der SAG nicht
die Definition einer einheitlichen Schnittstelle?)
•
•
‰
ODBC (Open Database Connectivity): Microsofts CLI-Variante
– Beinhaltet die meisten (nicht alle) API-Calls des CLI-Standards
– Zusätzlich: spezielle Calls zur Unterstützung von MicrosoftProgrammen (Access, Excel, etc.)
Proprietäre CLIs der DB-Hersteller (“Native API”)
– z.B. Oracle Call Interface (OCI)
In der Regel werden mehrere CLI-Dialekte parallel unterstützt
ODBC-API
SQL/CLI-API
Native API
Call Level Interface Runtime Library
DBMS-Treiber
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 14
Call Level Interface: SQL99 CLI
#include "sqlcli.h"
extern SQLHDBC hdbc;
extern SQLHENV henv;
/* Verbindung steht schon */
/* Umgebung */
void credit ( SQLHSTMT hstmt,
int amount, int accountno , char *table) {
/* hstmt wird von aussen gegeben, damit Transaktionskontrolle ausserhalb
dieser Prozedur. "credit" ist Baustein */
char update[120];
SQLINTEGER NameParamLength1;
SQLINTEGER NameParamLength2;
sprintf(update, "UPDATE %s SET balance = balance + ? WHERE account_number
= ? ", table);
SQLPrepare(hstmt, update, SQL_NTS);
SQLBindParameter(hstmt, 1, SQL_PARAM_MODE_IN, SQLCHAR, SQL_CHAR,
NAME_LENGTH, 0 &amount, NAME_LENGTH, &NameParamLength1);
SQLBindParameter(hstmt, 2, SQL_PARAM_MODE_IN, SQLCHAR, SQL_CHAR,
NAME_LENGTH, 0 &accountno, NAME_LENGTH, &NameParamLength2);
SQLExecute(hstmt);
}
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 15
Call Level Interface: Oracle-Dialekt (OCI)
#include “oci.h”
extern static OCIEnv *envhp;
void credit (OCIStmt *stmthp,
int amount, int accountno , char *table) {
char update[120];
static OCIBind *bnd1p = (OCIBind *) 0;
sprintf(update, “UPDATE %s SET balance = balance + :a
WHERE account_number = :ano “, table);
OCIStmtPrepare(stmthp, errhp, update, (ub4) strlen((char *update), (ub4)
OCI_NTV_SYNTAX, (ub4) OCI_DEFAULT));
OCIBindByName(stmthp, &bnd1p, errhp, (char *) ":A", -1,
(dvoid *) &amount, (sword) sizeof(accountid), SQLT_INT,
(dvoid *)0, (ub2 *)0, (ub2 *)0, (ub4)0, (ub4 *)0,OCI_DEFAULT);
OCIBindByName(stmthp, &bnd1p, errhp, (char *) ":ANO", -1, (dvoid *)
&accountno, (sword) sizeof(accountid), SQLT_INT, (dvoid *) 0,
(ub2 *) 0, (ub2 *) 0, (ub4) 0, (ub4 *) 0, OCI_DEFAULT);
OCIStmtExecute(svchp, stmthp, errhp, (ub4) 1, (ub4) 0, (CONST OCISnapshot
*) NULL, (OCISnapshot *) NULL, OCI_DEFAULT);
}
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 16
Object CLI
‰
Weiterentwicklung von CLI zu Objektschnittstellen
(SQL/CLI kennt nur prozedurale APIs)
•
•
‰
JDBC (Java Database Connection)
ActiveX Data Objects (ADO)
Unterstützung von JDBC
•
•
Entweder “direkt” durch Native-API
Oder Umweg über JDBC-ODBC-Bridge
Java-Anwendung
JDBC-API
JDBC-Treiber-Manager
JDBC-ODBCBridge
SQL/CLI-API
JDBC-Native
Treiber
ODBC-API
Native API
Call Level Interface Runtime Library
DBMS-Treiber
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 17
Zusammenfassung der Fat Client-Konzepte
‰
‰
‰
‰
Jeder Anwender programmiert seine Anwendungen selbst
(alle entwickeln ähnliche Bausteine)
Alternative: Anwender benutzen vorgegebene Funktions-Bausteine
Bausteine ändern sich (Systemwechsel oder Firmenpolitik)
Folge: alle Anwender müssen ihre Programmierung ändern bzw.
Module aus gemeinsamer Bibliothek holen.
Alternative hierzu:
•
•
Funktions-Bausteine in der Datenbank ablegen
Alle Clients können dann darauf zugreifen
« Anwendungsentwicklung innerhalb der Datenbank, z.B. durch
Stored Procedures („TP-Lite“)
•
•
Anwendungen in der DB ausführen …
… und auch dort ablegen
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 18
Anwendungsentwicklung —
Thin Client / Fat Server
Client
ProzedurAufruf
SQLFAP
Rückgabewerte
DBMS
Stored
Procedure
Trigger
UDT
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Server
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 19
Fat Server
Anwendungslogik innerhalb der Datenbank
‰ Stored Procedures (TP-Lite)
•
•
•
Verwendung einer 4GL (forth generation language)
– Turing-vollständiges SQL
Speicherung und Ausführung in DB
Standard unter SQL3 als “SQL/PSM” (= Persistent Stored Module)
– Kommerzielle DBMS verwenden jedoch proprietäre Dialekte, z.B.
¾ PL/SQL in Oracle (siehe Workshop & praktische Übung)
¾ TransactSQL in Sybase und MS SQL Server
‰
‰
Trigger (ereignisgesteuerte Funktionen/Prozeduren)
Benutzerdefinierte Datentypen (User Defined Types, UDTs)
•
Bestandteil von SQL-99
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 20
Stored Procedures
“Stored Procedure”
Internal
Procedure
External
Function
Procedure
Function
CREATE PROCEDURE credit (amount NUMBER, accountno INTEGER) IS
BEGIN
UPDATE account SET balance = balance + amount
WHERE account_number = accountno;
Oracle PL/SQL
END debit;
CREATE LIBRARY C_utils AS '/DLLs/utils.so'; Einbindung von C-Funktionen
in Oracle
CREATE FUNCTION debit (amount NUMBER, accountno INT) RETURN INT
AS LANGUAGE C LIBRARY C_utils NAME „debit_func";
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 21
Trigger
‰
Spezifizieren wann (Event) und unter welchen Bedingungen
(Condition) eine Stored Procedure aufgerufen wird (Action)
• CREATE
TRIGGER my_trigger
AFTER UPDATE ON employees
WHEN (new.salary > 100000)
BEGIN
UPDATE admin SET number_of_managers =
number_of_managers + 1
WHERE dept = new.dept;
END
‰
Event
Condition
Action
(Stored
Procedure)
Werden automatisch vom Datenbanksystem aktiviert („gefeuert“)
nach dem Einfügen, Ändern bzw. Löschen von Tupeln
•
•
Ausführung der Stored Procedure kann wiederum neue Trigger
starten („Trigger-Feuerwerk“) …
… die dann alle innerhalb einer Transaktion ausgeführt werden
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 22
Benutzerdefinierte Datentypen
‰
Benutzerdefinierte Typen besitzen Verhalten, das
durch Methoden implementiert werden kann
•
•
Methodenimplementierung in DB-eigner 4GL
Teil der Typdefinition
CREATE METHOD interest()
RETURNS
INTEGER
FOR AccountType
BEGIN
DECLARE
old_balance INTEGER;
old_balance = SELF.balance;
SET SELF.balance = old_balance * 1.03;
RETURN SELF.balance;
END;
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 23
Zusammenfassung: Fat Server vs. Fat Client
‰
Fat Client-Architekturen
•
+
+
+
+
–
‰
Traditioneller Ansatz in der zweistufigen Client/Server-Welt
Ausnutzen der Datenunabhängigkeit, die vom DB-Server
bereitgestellt wird
Standardisierte Schnittstellen
Gute Unterstützung eigener, individueller Anwendungen
Anwendungen lassen sich recht schnell entwickeln (z.B. mit Hilfe
grafischer Entwicklungswerkzeuge)
Problem der Wartung, Software-Verteilung, etc. (Upgrades von
Anwendungen, die von vielen Clients verwendet werden, sind recht
aufwändig)
Fat Server-Architekturen
+ Einfachere Wartbarkeit
+ Weniger Netzwerkbelastung (durch stärkeren Abstraktionsgrad der
bereitgestellten Prozeduren)
– Schlechte Unterstützung für individuelle, personalisierte Anwendungen
Objektverwaltung höherer Ordnung (OHO) – SS 2002
Kapitel 1: Vorlesung TP-Lite – 24