基于Web的分布式計算機結構及技術應用研究

吳冬芹

（南京信息職業技術學院 數碼藝術學院，南京 210023）

將Web環境與分布式計算技術有機融合，是實現計算機結構分布式應用的關鍵。相比于傳統B/S結構數據訪問模式，基于中間件的分布式數據訪問模式可實現對數據庫的集中控制和有效管理，同時還能提供全新的業務邏輯編寫技術，以及增強系統運行穩定性，在實際應用中表現出更強的優越性。現代信息管理系統承擔著更加多樣的功能，數據交互也更加頻繁，在這一背景下，有必要設計一種基于Web的分布式計算機結構，利用分布式數據訪問中間件來提高系統響應速率、優化系統運行性能，從而更好地滿足用戶的使用需求。

1 基于Web的分布式應用程序框架

從企業信息系統的使用需求出發，基于Web的分布式應用程序框架應滿足以下要求：①能夠實現對客戶端的用戶管理與權限控制，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；④具有較強的可靠性，使用主流的加密措施（如數字簽名等）對數據進行加密，保障傳輸安全。基于上述需求設計了Web應用程序框架的基本結構，如圖1所示。

圖1 分布式應用程序框架的結構組成

客戶端運行環境是以用戶界面作為切入點，向用戶提供注冊/登錄、數據訪問和軟件管理等一系列服務。為保證客戶端運行環境的安全性，本文設計的客戶端運行環境，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、權限設置和訪問服務等一系列功能均可基于Web實現，從而減輕了系統運行負載，并保證了客戶端運行環境的安全。

2 基于中間件的分布式數據訪問技術

2.1 分布式數據訪問中間件的結構模型

傳統的B/S結構是在Web瀏覽器和數據庫之間建立Web服務器。Web服務器基于JSP、CGI等技術訪問數據庫，然后將結果以HTML或XML等方式反饋給Web瀏覽器。這種結構存在諸多弊端，例如無法支持客戶端直接訪問數據庫，導致用戶請求響應延時嚴重；還有就是增加開發難度和維護成本。針對上述缺陷，本文設計了一種基于中間件的分布式數據訪問模式，其結構模型如圖2所示。

圖2 分布式數據訪問中間件結構模型

基于該結構模型的訪問流程如下。

（1）客戶端發出訪問請求，并在數據接口組件處生成一個數據訪問語句。數據接口組件根據語句內容，調用相關的安全組件，并在客戶端與服務器端之間構建一條信息傳輸通道。

（2）通道建立后，將數據訪問語句從數據接口組件傳輸到遠程數據服務中心，并在成功接收該語句后，識別其業務邏輯。執行一個判斷程序，如果判斷結果為“業務邏輯”，則調用相應的業務邏輯腳本解析部件；如果判斷結果為其他邏輯，同樣選擇與之對應的腳本程序進行解析。

（3）遠程數據服務中心調用數據訪問控制部件實現對數據庫的訪問，數據庫在接收該訪問請求后，可根據訪問權限作出“接受”或“拒絕”的判斷。

（4）如果允許訪問，則完成相應的數據檢索、調用等操作，并將數據訪問結果反饋給客戶端。

2.2 業務邏輯腳本語言的開發

由于數據庫訪問是基于邏輯組件實現的，因此要想提升訪問效率和保證數據安全，必須要開發一種適配性更強的業務邏輯腳本語言。該語言可以提供面向對象的開發方法，并且能夠與數據訪問語言（如SQL等）具有較好的兼容性。基于腳本語言的業務邏輯處理流程如圖3所示。

圖3 業務邏輯處理過程

開發人員根據業務需求，用腳本語言編寫相應的業務邏輯，然后將其注冊到分布式數據訪問中間件中。整個分布式數據訪問中間件包含了3部分，即業務邏輯訪問接口、腳本語言解析軟件和數據訪問部件。中間件在完成腳本程序的解析后，提取出面向對象的編程接口，并通過邏輯調用的方式呈現給客戶端的開發人員。開發人員根據業務邏輯處理效果，重新修改腳本語言，直到業務邏輯處理結果符合預期。這種基于中間件與業務邏輯腳本語言相結合的開發模式，顯著提高了系統軟件開發效率。

2.3 分布式數據訪問中間件的可擴展性技術

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

2.4 分布式數據訪問中間件的安全機制

安全性也是分布式數據訪問中間件設計中需要重點考慮的因素之一，具體又可分為2部分，即數據訪問安全、數據傳輸安全。在數據訪問方面，可以采取將客戶端與數據庫完全獨立的設計，防止用戶直接訪問數據庫。即便是用戶通過驗證正常登錄客戶端，也必須經由分布式數據訪問中間件向數據庫發送訪問請求的指令，并且經過數據庫驗證并接收該訪問請求后，方可瀏覽、調用數據，從而提高訪問安全性能。在數據傳輸方面，一種措施是選擇安全性較高的數據庫，例如現階段通用的Oracle、Informix等，這些數據庫可以自動對傳輸協議進行加密，有效避免了數據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器端之間新增一條加密的數據通道，也能起到保護數據傳輸安全的效果。加密數據通道的模型如圖4所示。

圖4 利用分布式數據訪問中間件建立安全數據通道

3 基于Web的分布式應用程序框架系統的設計與實現

3.1 客戶端運行環境設計

該框架系統主要由數據庫、分布式數據服務模塊和用戶管理服務模塊等組成。框架系統數據庫為獨立的Microsoft Access數據庫，采用分區存儲模式，有系統信息、臨時數據和日志數據3個分區，提高了數據存儲和調用效率。用戶管理服務、模塊管理服務采用集成化設置，在Web服務器的IIS中用PHP腳本語言實現。在IIS和客戶端運行環境之間使用HTTP協議實現通信。使用IE提供的ActiveX插件，將客戶端嵌入到Web瀏覽器中，提供客戶端運行環境。用戶通過Web瀏覽器的登錄界面，輸入對應的賬號、密碼后，可以成功登錄客戶端主界面，該頁面提供了系統管理（數據庫注冊與權限分配等）、系統開發（開發指南與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軟件設計

用戶管理服務提供用戶登錄、用戶注冊與刪除和用戶權限管理等服務；模塊管理服務提供模塊下載功能。由于2個模塊的功能實現都是基于數據庫中用戶和模塊信息進行操作，因此在軟件設計中需要提供專門存儲用戶與模塊信息的數據表。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，考慮到模塊數量較多，因此采用樹狀結構對模塊進行分類。例如在“系統開發”一項中，分別包含了相關文檔、開發指南和開發說明等子項，從而顯著提高了數據處理效率和查詢效率。除此之外，還設計了“用戶-欄目權限表”，在用戶和模塊之間建立映射關系，也是提高查詢效率的一種有效措施。

3.3 分布式數據訪問中間件設計

中間件由服務器端的分布式數據服務（COM服務）和數據訪問部件（ActiveX控件）組成，并且基于2個獨立平臺運行。本系統設計中采用Delphi定義數據集的操作接口，基于TCP/IP協議實現中間件的通信傳輸，分布式數據訪問中間件的功能實現流程為：在客戶端與服務器端分別嵌入1個連接件，用于在2個端口之間建立數據訪問通道。在系統運行并產生數據交互需求時，由客戶端向服務器端發送包含SQL的訪問語句。服務器端在接收到該訪問請求后，根據SQL語句信息訪問對應的數據庫，并從數據庫中獲取相應的數據，以CDS格式將數據封包，并以數據集形式發送給客戶端。客戶端在接收數據集的過程中，同步打開數據訪問部件與應用軟件模塊之間的Dataset數據訪問接口，以便于應用軟件調用數據。

3.4 框架系統的應用

為驗證基于Web的分布式應用程序框架系統的應用性能，將設計好的框架模型應用到某企業的生產運營管理信息系統中，該系統主要包括2部分，其一是基于Web瀏覽器的網頁部分，包括企業簡介、公報通知、安全監察、廉政建設和職工園地等；其二是網站維護部分，包括用戶及其權限管理、數據庫維護和網頁內容編輯等。基于Web分布式應用程序框架模型的企業信息系統應用效果如下。

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

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

（3）基于中間件的分布式數據訪問，提高了數據訪問與調用效率。同時保證數據庫與客戶機相互獨立，降低了數據并發時的系統負載，優化了信息系統的運行性能。

（4）應用軟件與信息系統相互獨立，需要對應用軟件進行日常維護或更新升級時，管理員不必重復進行權限驗證，可以在登錄Web瀏覽器后直接從應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的穩定性。

4 結束語

為解決傳統B/S架構存在的用戶請求響應延時、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據訪問技術設計了Web應用程序框架模型，并將該模型應用到某企業的信息管理系統中。從應用效果來看，改進后的信息系統運行穩定性更好，數據訪問與調用速率更快，達到了預期效果。下一步，還要在Web應用程序框架的基礎上繼續開發移動分布式應用系統，從而推動這一技術在遠程故障診斷、遠程數據分析等領域有更好的應用。