数据库应用系统有哪些架构模式?各适合什么应用场景?

在不同应用需求场景中,数据库应用系统架构设计与实现方案是不同的。典型的数据库应用系统架构主要有集中式架构(客户/服务器架构、浏览器/服务器架构)和分布式架构。

1.客户/服务器架构

在一些多用户共享访问数据库的应用系统中,可以将应用系统各构件部署在客户机和服务器中,从而实现各自分担任务的并行处理。在这类数据库应用系统中,运行DBMS软件及数据库的服务器被称为数据库服务器,运行计算机应用程序的计算机被称为客户机。客户端应用程序将数据访问请求通过网络协议传送到数据库服务器;数据库服务器接收请求,对数据库进行数据操作处理,并将数据处理结果通过网络应答消息返回给客户端应用程序。DBMS软件集中部署在一个服务器中,支持多个不同客户端应用程序共享访问数据,其系统架构如图1-7所示。

在客户/服务器(C/S)架构的具体应用中,还可细分为2层C/S架构和3层客户/服务器架构。在2层客户/服务器架构的数据库应用系统中,应用程序部署在客户机上,DBMS软件及数据库部署在数据库服务器上,应用程序与数据库服务器通过网络通信实现数据处理功能。在3层客户/服务器架构的数据库应用系统中,应用程序GUI(图形用户界面)组件部署在客户机上,应用程序业务逻辑组件部署在应用服务器上,DBMS软件及数据库部署在数据库服务器上。各个层次组件均通过网络通信实现请求/响应方式的功能处理。当数据库应用系统的用户规模较小时,一般采用2层客户/服务器架构,这样可以实现低成本的系统开发。当数据库应用系统的用户规模较大时,建议采用3层客户/服务器架构,这样可以满足高负载、高性能处理要求。

图1-7 客户/服务器架构

a)2层C/S架构 b)3层C/S架构

客户/服务器架构的特点:数据库应用系统的数据集中管理,应用分布处理。客户端应用程序通过网络协议访问数据库服务器,同时也实现数据库共享访问。

客户/服务器架构的优缺点:客户/服务器架构的数据库应用系统通过各层计算机分担处理任务,可提高整个系统的处理能力,但客户/服务器架构的数据库应用程序更新在运维中较为麻烦,通常只适合机构内部的业务应用数据管理。

2.浏览器/服务器架构

面向公众服务的数据库应用系统大都采用基于浏览器/服务器架构。在这类数据库应用系统中,应用系统页面部署在Web服务器上,应用程序业务逻辑组件部署在应用服务器上,DBMS软件及数据库集中部署在数据库服务器上。客户机不需要安装任何应用程序组件,在浏览器输入应用系统首页网址就可以访问数据库应用系统登录页面。用户在Web页面表单提交的数据操作请求,通过应用服务器程序将SQL命令发送给数据库服务器处理,数据库服务器执行SQL命令,对数据库进行数据操作处理,并将数据操作结果返回给应用程序,其系统架构如图1-8所示。

图1-8 浏览器/服务器架构

浏览器/服务器架构的特点:数据库应用系统各组件均部署在服务器上,数据集中管理,应用分布处理。用户在客户机中只需要使用浏览器就可以通过互联网访问数据库应用系统。

浏览器/服务器架构的优缺点:浏览器/服务器架构的数据库应用系统通过各层服务器分担处理任务,可支持系统处理能力水平扩展;用户在任何地点使用浏览器均可方便地访问数据库应用系统;系统功能维护与升级均在服务器端完成,客户端不需要维护,可以非常方便地实现系统更新维护;不过浏览器/服务器架构的数据库应用系统在互联网环境中需要考虑更多安全技术手段,以确保应用系统的数据安全。

3.分布式架构

以上几种架构的数据库应用系统均是将数据集中存储在单个数据库服务器进行数据管理的,这种集中式数据库应用系统仅适合用户规模和数据存储规模均不大的应用场景。在大规模、跨地区的信息系统中,如大型跨国银行系统,集中式数据库应用系统难以满足业务处理要求,这些信息系统的数据库应用系统必须采用分布式架构。在分布式架构中,数据库系统由分布于多个服务器的数据库节点组成。分布式DBMS提供一致性存取手段来管理多个服务器上的数据库,使这些分布的数据库在逻辑上可被视为一个完整的数据库,而物理上它们是分散在各个服务器上的数据库。分布式架构如图1-9所示。

图1-9 分布式架构

分布式架构的特点:分布式架构既实现数据分布,又实现处理分布。在分布式架构中,各服务器的数据库节点在逻辑上是一个整体,但物理分布在计算机网络的不同服务器上。每个数据库服务器通过网络,既支持多个本地客户机访问,也支持远程客户机访问。在系统网络中的每一个数据库服务器都可以独立地存取与处理数据,并执行全局应用。

分布式架构的优缺点:满足跨地区的大型机构及企业等组织对数据库应用的需求,其处理性能强,但数据库的分布处理与维护需要解决较多的安全性、复杂性相关技术难题。

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