（计算机系统结构专业论文）基于cs的天气预报业务系统.pdf

中文摘要 中文摘要 客户，服务器( c s ，c l i e n t s e r v e r ) 计算模式是9 0 年代兴起的一种计算机应 用系统的体系结构，它克服了传统文件服务器的缺点，已经成为管理信息系统 发展的主要趋势不仅为信息处理提供了一个效率高、成本低和易于扩展的解 决方案，而且极大地推动了数据库技术的发展。本文对基于c s 结构的“天气 预报业务系统”进行了研究。 本文首先介绍了c s 结构的概念、特点、发展趋势以及c s 结构对数据库 技术的影响；并从c s 应用系统分析与设计方法和c s 应用系统的开发过程等 几个方面详细论述了基于c s 的应用系统的开发方法。 其次介绍了“天气预报业务系统”这一基于c s 结构的业务自动化系统的 设计过程，同时详细阐述了系统的网络结构、安全性的考虑、系统性能优化和 系统维护等内容。 最后探讨了“天气预报业务系统”实现的一些关键性技术，包括访问异构 数据库的具体实现技术、各类天气现象预报质量评定的具体实现方法、有关特 殊气象图型转换方法和实现技术以及定时语音提示等功能的具体实现方法。 “天气预报业务系统”自投入业务以来，运行稳定可靠，使天气预报业务 中的所有工作集中在“天气预报业务系统”这个统一的工作平台下进行，实现 了天气预报作业方式的转变和作业手段的规范化，极大地提高了预报员的工作 效率。 关键词：c s 结构；天气预报业务系统：数据库 ! 堕! ! ! 盟 一 a b s t i 矾c t a sak i n do fa r c h i t e c t u r eo fc o m p u t e r 印p l i c a t i o ns y s t e m ，c l i e n t s e r v e r ( c s ) p a t t e r nw h i c h i sd e v e l o p i n gf r o m1 9 9 0 n o to n l yp r o v i d e sae f f e c t i v e ，e c o n o m i ca n d e a s i l ye x t e n d a b l e r e s o l v e p l a n ，b u t a l s op r o m o t e se x t r e m e l yt h e d e v e l o p m e n t o fd a t a b a s et e c h n o l o g y d u et oo v e r c o m i n gt h ed i s a d v a n t a g eo ft h et r a d i t i o n a lf i l es e r v e r , i t h a sb e c o m eap r e v a i l i n gt e n d e n c yo f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m t h et h e s i s s t u d i e dt h ew e a t h e rf o r e c a s tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nc s f i r s t l y ，t h ec o n c e p t ，t h ef e a t u r e ，t h ed e v e l o p m e n to f c sa n dt h ee f f e c to fc s o nd a t ab a s ew e r ep r e s e n t e d f u r t h e r m o r e ，t h ed e v e l o p m e n to f a p p l i c a t i o ns y s t e m b a s e do nc sw e r ei n t r o d u c e di nd e t a i la c c o r d i n gt oc sa p p l i c a t i o ns y s t e ma n a l y s i s ， d e s i g nm e t h o da n d c sd e v e l o p p r o c e s s s e c o n d l y ，t h ec o n c r e t ed e s i g np r o c e s so ft h ew e a t h e rf o r e c a s tm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do nc sw a si n t r o d u c e di nd e t a i l a f t e rt h a tt h en e ta r c h i t e c t u r e ，t h e s e c u r i t y , p e r f o r m a n c ea n d m a i n t e n a n c eo f t h e s y s t e mw e r e d e s c r i b e d f i n a l l y , t h ek e yt e c h n o l o g yo f t h ew e a t h e rf o r e c a s tm a n a g e m e n t s y s t e mw a s d i s c u s s e d ，i n c l u d i n gt h e a c c e s sm e t h o do ft w oi s o m e r o u sd a t a b a s e s ，t h e g r a p h i c c o n v e r s i o na n di m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g yw h i c h r e q u i r e ss p e c i f ym e t e o r o l o g i c a l l y , t h ep r o g r a mi m p l e m e n t i n gt h ef o r e c a s tq u a l i t ye v a h i a t a t i o nu n d e rt h ea l lk i n d so f w e a t h e r p h e n o m i n a , s p e e c hp r o m p t i n g a n ds oo n f r o mt h ew e a t h e rf o r e c a s t i n gm a n a g e m e n ts y s t e mr u n n i n g ，i ti ss t a b l ea n d c r e d i b l e d u et ot h e u s a g eo ft h es y s t e m ，i tc o n c e n t r a t e da l l w o r kt ot h e p l a t ， i m p l e m e n t e dt h ec o n v e r s i o no fb u s y w o r km o d ea n ds t a n d a r d i z a t i o no fb u s y w o r k m e a n sa n d p r o v i d e dw o r ke f f i c i e n c y k e y w o r d s ：c sp a t t e r n ；w e a t h e rf o r e c a s tm a n a g e m e n ts y s t e m ：d a t ab a s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鲞盘生一或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王嘎建 签字日期： 2 西2年5 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁生态堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘壅盘鐾可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：夏砜港 导师签名： 译# # 书 签字同期：2 曲2 年s 月2日 签字同期：2 1 年r 月0f 第一章绪论 1 1 气氛现代化建设概况 第一章绪论 近年来，随着以计算枫鞠测络通信为代表的信息技术的迅速发展，使我国 气象现代化建设褥鬓了迅猛发展“1 。气象卫星综合应薅鼗务系统工程( 餐穆 “9 2 1 0 ”工摇) 极大稚改善了遁舔条彳季，各级台站获得的气象信息蟹捌增，长 期以来制约气象事业发展的资料传输的瓶颈问题得以解决，作为“9 2 1 0 ”工程 予系统的“气象信息综合分析处理系统”( m i c a p s ，m e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o n c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n dp r o c e s ss y s t e m ) 的开发与推广，为预报员提供 7 亳效的分析_ 工终平台，使气象业务痰乎跃上7 一个新豹参酚。 1 i ，1 “9 2 1 0 ”工程概述 “气象卫星综合应用业务系统”是国家计簧批准的国家大中型工程项目， 是气象部f j 懿鸯于工程( 代号为“9 2 1 0 ”工程) 。该王疆采用卫星通信、诗算辊 勰络、分布式数撵露、程控交换等技术，建成以v s a t 卫星通信为主、她瑟逶 信为辅的、覆盖全国气象部门的现代化气象信息处理系统。承担全国气象观测 资料的收集、国内外气象资料及加工产品的汇集和管理、全国范围内气象数据 的分发及信息交换、气象产品的图形图像处理及鼹示、全网的监视、控制和调 度管理等任务。该系统出气象专掰卫星遥信两、汁算机嬲络和气象信息管瑾( 处 瑾) 系统组成掰。 卫霾通信礴由设藿在北京中蘑气象中心( n m c ，n a t i o n a lm e t e o r o l o g i c a l c e n t e r ) 的个卫星主站、3 1 个区域及省级站、3 0 0 多个地( 市) 级站以及1 7 0 0 多个p c v s a t 接收站( 简称单收站) 组成。该网分为卫星广域网( s w a n ) 、卫 星话音网( s v t n ) 和中速广播网( m s b n ) ，由定点于赤道上空1 0 0 5 。e 、酗 渡段的亚洲卫星公司豹“亚洲卫星二号”( a s i a s a ti i ) 静壶通信卫星作为转发 器。 计算机网络是通过卫星通信网把全国各级气象部门的局域网涟成一个集中 控剃、分级管理酶广城惩，数翱强数据的牧褰、处理、分发秘簸浆麓力。霹时， 连建立了m i c a p s 系统，浚满是气象韭务斑爝静霭要。 “9 2 1 0 ”工程稳造骞搴系 统谯地理上覆盖了全潮搬甄( 市) 级以上各级气象部门，由国家级信息控制中心 ( n i c c ) 、区域级信息控制中心( r i c c ) 、省级信息控制中心( p i c c ) 和地( 市) 级储恩管理系统( c i m s ) 组成。 1 1 。2 黑龙汪誊省缀信患蕴剡孛心 黑龙江省“9 2 1 0 ”工程是全国“9 2 1 0 ”工程的一个子系统，它包括1 个黑 龙江销气象局t e s 站、1 个省级站( p i c c ) 、1 2 个市( 地) 缀小站( c i m s ) 和 6 9 个县级单收站。由于黑龙江省气象中心的敛务与p i c c 密切棚荧，是p i c c 的 簸大溪户，爨疆在鼗童爨余缮p i c c 瓣璃我像建没壤凝掰。 熊龙江省p i c c 系统建在黑龙江省气象嘲络中心，卫墼送端站由一个p e s 数据站和一个t e s 话黹站组成，p e s 和t e s 是独立的。p e s 采用休斯公司 p e s ，8 0 0 0 设备，它为用户提供高速双向数据遇信。t e s 采用怵斯公司的t e s 2 型枫辅，它以传输话音为主，兼传数据，在p e s 设备故障时，w 通避t e s 和主 逮滋行数据交换。 l 、卫星话音两 卫星话音网采用3 7 米环焦天线、2 w 离频头，经t e s 上捅的两块c u 板与 法豳阿尔卡特a 4 4 0 0 型3 0 0 门程控机上的四线e m 中继板棚避。t e s 上第3 块c u 叛壹接与一台电话枫相连。 2 、受壁广壤疆 卫星广域溺采用2 a m 偏馈天线、2 w 固态功率扩大器、经p e s 与 i b m 8 2 2 4 0 0 1 集线器( h u b ) 相连，构成卫羼广域网的“外网”( 连接外部卫星 系统的网段) 。以端口速率为6 4 k b p s 的分缎交换网为系统的降级备份网，同时 作为2 5 个国家基准( 本) 站秘4 7 个国家一般发报站上行撮的激爨通信路由。 3 、计算撬壤恚瓣 计算机信息系统主蕊由两台i b mr s 6 0 0 03 9 h 小型机和7 1 3 7 磁盘阵列子系 统( 采用r a i d 5 技术) 组成。操作系统为a i x v 4 1 ，在高可靠性软件h a c m p ( h i g h a v a i l a b i l i t yc l u s t e rm u l t i g r o c e s s i n g ) 的支持下，蜜现双机热备用。两台服务器通过 第一章绪论 i b m 7 2 7 7 5 2 4 交换机( s w i t c h ) 与“内网”( 连接内部计算机局域网的网段) 连 接。内瓣强辩型结擒静1 0 0 m 麴抉速戳太瓣，褥6 个届壹摹经连戒一个曩楣透鞠 豹隧终，突瑷信惠交换窝资源多冬辜。7 2 0 8 磁带辊遴过s c s i 总线连在童税上，瘸 来备份程序、加载程序、输入输出数据等。 1 2 课题概述 1 2 1 课题鹜豢 现代气象系统是个完熬的信息系统，包括了信息的采集、传递、加工和 反馈等功能。“9 2 1 0 ”工程的龛灏开展，以及作为“9 2 1 0 2 1 2 程子系统的m i c a p s 系统懿开发与攉广，使我莺筏象监务瘩平跃上了一个蓑鹣台酚。毽麓转统豹揍 翌方式懿颡缀爨度已经馥显瓣零蕤适应耨形势麓嚣求，为了逶应臻露天气颈掇 业务技术体制的发展变化，满足省级天气预报渡务工作的需要。黑魏泣省气象 中心开发了业务自动化系统“天气预报业务繇统”。该系统为慕予c ，s 结构 的业务自渤化系统，是集气魏信息传输、加工、分析、预测、预报制作分发、 业务管理与维护于体的综会髂患管理系统。 1 2 。2 秘的和意义 “灭气预报业务系统”打破了过去那种分散、独立的预报业务系统布局， 按集约化发展豹要求，在娩务布局上充分体现了以数值预报产品为綦础、以入 裁交夏系绞为主要王终孚念、综会应霆各耱气象蕊怠髑箨各类天气镁羧熬摇导 思想，安现作业平台统一纯、侔妲手段规范纯、王作全程可视纯、佟渡方式现 代化的犬业务、大系统的新特征。为预报员创造有利于资源的充分使用、有利 于信息必鬻、有利于业务有散组织的环境条件，实现从信息获取到发布预报以 及岗位规范管理的整套自动化过程，有利于发挥现代他的整体效益。 “天气鞭掇延务系统”设诗熊最终嚣标是窍糕予颈摄是颈摄愚鼹黪建立、 有弱予数德鞭报鼹簿释应臻、裔秘于天辊交互翡工侔方式、有零l l 予预搬员经验 积累和检验、减轻预报员的势幼强度、提高预报颜的工作效率；实现作业方式 蔓二黧堑笙一一 的转变，要使天气预报的制作鼓传统静以笔绘天气图和经验分析为主韵方式邂 步向客观、定量钝方向发展；使天气预掇业务中的所有工缛集中在“天气预报 妲务系缀”这个绕一的工佧平台下遂行，实现渡务工作静巍动化、藏范纯、统 一化，从而提高天饩预报的准确率。 1 2 3 主要聚究内容 “天曳羲擐逡务系统”麓基予c $ 缍构的炫务塞裁纯系统，是集气象售惑 传输、加工、分析、预测、预报制作分发、业务管理与维护于体的综合信息 镣瑗系统，因此本课题主要誓作为实时数据库服务器端软件和客户终端软件( 天 唆预报蝮务系统) 努发。 一、数据摩鼹务器端软件的开发 实野数据痒就怒建立运符稳定魏安瓣天气爨料痒鞫情辙结患数据库，保诞 资料垒霹、准确、强实时性，以供气象中心业势和科研使用。建立专用数据库 服务器、一套天气资料处理桃，一台情报信息赴壤枧。 在专爝数据库熬务器上建立实时天气资料库与情报信惑数据库，同时开发 实时情报信息处理软件、资科传输软佟、定期数据维护较传。系统设萋嚣台专 鲻漆料黪壤掇分鼷麓来处理突露天气爨瓣鞍实时祷摄信惑：晨气资搴萼链理租安 装微机版的m i c a p s 系统处理软件、资料预处理软件及资料自动传输软件，这 燃软件能够直接从“9 2 1 0 ”嘲的m m 圭枫服务器接收实时必气瓷j l l ； ，弼时将资 瓣转换成氛程e a 醛嵇式的数据 情擐嵇患处理梳豹主要程务是运行实对情壤信 惠处理软件，将跌“9 2 1 0 ”网络上接收酌蟪面、重要天气、旬胃气象信息进行 滋料处理；逶遘瓷餐媾输软搏将处理飘魅理露的最终资辩镶输到数撂瘁强务器， 供气象中心的所有用户使用，窳现“天气预报业务系统”的资料基攀。 二、“天气预报业务系统”终端软件的嚣发 开发“天气颈擞鼗务系统”目标燕使天气预报鼗务中的所有工作集中崔 “天气预报业务系统”这个统一的工俸平台下进行，扶蘑实现业务工作懿自动 亿、规藏纯、统一纯。“天气颈霰盈务累统”阻漪颛、方後魏形式为预掇员携 供在预报中使用、参考的各种气象资料，间时为颓报员提供妣务上的预报思路， 并将工作篱理融入系统中来，馒天气预掇的制作从传统的以镶绘天气图和经验 第一章绪论 分析为主的方式逐步向客观、定量化方向发展，极大地提高预报员的工作效率。 该软件包括8 个子系统： l 、每日提醒子系统：自动向预报员提供每日需要了解的各种有关信息。 2 、常规气象资料存储子系统：将处理过的降水、气温、风等气象要素存贮 在气象质量评定数据库中，为气象质量评定提供实况信息。 3 、天气预报技术流程子系统：实时天气信息调阅模块、实时情报信息检索 模块、预报思路提示模块、预报会商模块、预报制作分发模块。 4 、预报浏览子系统：网络上的用户都可以通过该子系统查阅到任何时段的 所有天气预报以及预报发布的日期和时间。 5 、业务监控子系统：资料调阅监控模块、预报生成与分发监控模块和气象 质量评定模块。 6 、工作管理子系统：工作流程语音提示模块、管理制度和工作管理文件的 检索与编辑模块、排班表的设定与管理模块和预报员个人密码设定模块。 7 、历史学习子系统：将预报员经验手册以电子图书的形式装入计算机，供 预报人员随时查询。 8 、系统帮助：系统内置了一个浏览器，以网页形式向使用者提供一个详细、 实用、美观的系统帮助。 第二章c i s 结构及其应用系统的开发 第二章c s 结构及其应用系统的开发 客户服务器( c s ，c l i e n t s e r v e r ) 计算模式是9 0 年代兴起的一种计算机应用 体系结构。它克服了传统文件服务器的缺点，具有高度的灵活性、开放性和可 伸缩性。随着计算机网络、分布式计算技术和并行处理技术的发展，c s 模式得 到了迅速发展并被广泛使用，已经成为管理信息系统发展的主要趋势1 4 j 净j 。c s 体系结构不仅为信息处理提供了一个高效、成本低、易于扩展的解决方案，而 且极大地推动了数据库技术的发展1 3 j 。 2 1c ，s 结构概述 2 1 1c s 结构的定义 c s 结构至今没有一个完整的权威性定义，但对这个概念的基本看法是一致 的。c s 结构将整个系统处理任务根据具体情况合理分布在c l i e n t 端和s e r v e r 端，c l i e n t 向s e r v e r 发出请求，s e r v e r 针对请求完成处理并将结果作为响应返回 c l i e n t 。这种结构使c l i e n t 和s e r v e r 能够相互配合，密切协作，更大限度地发挥 c l i e n t 和s e r v e r 各自的工作潜力，更好地满足用户对应用系统的整体要求“。1 。 2 i 2c s 的结构组成 c s 结构是一个物理上分布的逻辑整体，其结构包括硬件结构和软件结构两 方面跚御。 一、硬件结构 从硬件角度来看，c s 结构由c l i e n t 、s e r v e r 和连接支持三部分组成。 1 、任何台式计算机、各种中高档p c 机和工作站均可根据不同的应用要求 用作c l i e n t 。c l i e n t 端运行应用程序表示服务，并提供应用开发的支撑环境，所 开发的应用程序使用共享资源和来自各种s e r v e r 的信息完成所要做的工作。 2 、s e r v e r 功能体现出一定程度的“集中”作用。通常，s e r v e r 包含并管理 s e r v e r 和多个c l i e n t 间的通信设备。s e r v e r 可以是小型机、超级微机、大型机或 塑三童竺堡堕塑垄基查旦墨堑堕堑茎一 各种工作站o 3 、连接支持：是用来连接c l i e n t 和s e r v e r 的部分，通常是通过网络连接实 现的。在c s 系统中，多个c l i e n t 通过网络访问s e r v e r ，s e r v e r 通过网络将需要 传送的数据和处理结果返回给c l i e n t ，网络是c s 结构的基础。大量的数据传送 将会造成数据在网络上的堆积，形成网络瓶颈，因此在网络设计中要充分考虑 网卡的处理速度、b r i d g e m o d e m 的性能指标、电缆的传输速率、主干网的性能、 网络通信控制器的配置，使网络的性能达到最优，从而提商网络的传输速率， 提高系统的整体性能。 二、软件结构 从技术上讲，c s 结构本身是一种软件运行和组织方式，它将一个应用适当 分解成多个任务，由多台机器分踟执行，共同实现整个应用i s 【1 0 l 【l l 】。在应用中， c s 的应用程序可分成两部分：c l i e n t 软件在前端的c l i e n t 上，s e r v e r 端软件放 在s e r v e r 上，其结构如图2 1 所示。用户在工作站上看到的一般只是用户界面( 前 台) 。当前台要调用某些数据或进行数据加工时，c l i e n t 向s e r v e r ( 后台) 发出 请求，s e r v e r 不必关心c l i e n t 程序的功能，只需对此作出响应请求，把需要传送 的数据和处理结果返回给前台。这样工作站就成了s e r v e r 的c l i e n t ，而其中连接 前后台的软件被称为中间件( m i d d l e w a r e ) 。 网络 倒2 1c s 结构软件分布 中间件是c s 系统中的一种系统软件，它负责连接c l i e n t 与s e r v e r 。c s 的 环境复杂，而且涉及了多种规程及协议，利用中间软件提供地简单的、较高层 箜三兰里堡堕塑垦基查旦墨堑塑茎垄 次的应用程序接口( a p i ) ，能够将应用和网络屏蔽开，有效的降低工作难度。 中间件向程序员提供高层的、跨越平台和协议的接口，完成错误检测、数据翻 译、安全、队列和命名等许多工作，其内部结构如图2 2 所示。中间件的产生使 得c s 结构下的应用程序编写更加容易，更能适应运行环境的发展。目前，出 现了许多有关中间件的标准及软件( 例如o d b c ) ，处在c l i e n t 与s e r v e r 之间， 有效地隐蔽了c s 操作的复杂过程1 7 1 1 1 2 1 o 简单的a p i 2 1 3c s 的数据存取过程 应用程序 双向消息队列 数据翻译 安全、管理、名字 错误响应恢复 会话和传输层协 议 t c p i p ，l u 6 2 底层协议 网络连接 圈2 2 中间件的内部结构 消息a p i 在典型的c s 结构中c l i e n t 端侧重于应用功能即友好的人机界面、报表 功能及加工逻辑设计。而s e r v e r 端( 后台) 侧重于d b m s 功能，如数据定义和 存取高效性、数据安全性、数据备份与恢复、并发控制及事务管理等【l 。这样 构成的系统具有很高的运行能力和极强的可扩充性及可维护性，并有利于减少 应用程序开发和维护的开销。另外，在这种环境下，数据处理任务由前台和后 台共同完成，克服了传统的文件服务器和工作站间不必要的网络传输，减轻了 网络负担，提高了网络的工作效率。 在典型的c s 结构数据存取过程中，把应用处理逻辑、数据表示及用户交 蔓三兰曼堡垒塑墨苎鏖旦墨堕塑堑垄 客户机 网络 服务器 图2 3c s 结构示意图 互界面等部分放在c l i e n t 端，丽数据库、数据存取管理、完整性及并发性控制等 部分放在s e r v e r 端。s e r v e r 提供的服务主要包括数据查询、更新、事务管理、索 引、高速缓存、查询优化及多用户存取控制等1 5 】i 叭。用户对数据库的存取要求将 表示为客户应用中的s q l 语句。s q l 语句经过服务器a p i 、连接软件、网络协 议传到网上，然后传到s e r v e r 端，再经过s e r v e r 端的网络协议、连接软件传给 数据库服务器软件，由数据库服务器软件具体报行s q l 语句，实现对数据库的 访问。从数据库中取得的结果数据，将按相反方向送圆给用户。由图2 , 3 可以看 出，在网络上传输的是s q l 语句及其执行结果。s q l 语句从c l i e n t 向s e r v e r , 其 执行结果从s e r v e r 传向c l i e n t 。 圈团 器裂蕾 第二章c s 结构及其应用系统的开发 2 1 4c s 结构的特点 c s 结构将资源和应用任务合理地分配于c s 上，支持分布式计算和透明 查询，有利于开发新的、更灵活的系统，以满足用户的最终需要，同时又能够 与原有的系统很好地集成起来。在c s 结构中，网络上传输的只是c l i e n t 的请求 和s e r v e r 处理过程的结果，因此这种结构具有明显的优势【1 4 】【1 5 】： l 、c s 结构保护已有的资源和投资，能够更好的利用计算机技术，加快系 统开发周期，提高性能价格比； 2 、s e r v e r 统一管理各种共享资源和共用处理，提高了系统的安全性和完整 性： 3 、c s 结构支持开放的c l i e n t 接口和开放的s e r v e r 接口，对c l i e n t 端屏蔽 了后端处理的复杂性，不依赖于硬件及操作系统平台，便于应用程序的开发、 使用和移植； 4 、c s 结构在网上通常只传送查询请求和s e r v e r 的处理结果，极大地降低 了网络开销和响应时间，从而减少了对网络带宽和成本的需求： 5 、由于充当c l i e n t 的p c 机，具有良好的图形界面和丰富的应用软件，使 得c s 模式的表现能力增强，访问数据十分容易。 6 、系统的扩展性好，可咀在网上方便地增加c l i e n t 和s e r v e r 。 2 1 5c s 结构中服务器系统的发展 c s 结构中，最初几乎所有的s e r v e r 都由文件共享服务器组成，这种结构在 小规模和中等规模的组织中得到了广泛应用。随着数据库使用变得越来越广泛， 使得数据库服务器得到了迅猛发展。由于群件和对象的应用，相应的又出现了 群件服务器和对象服务器。 一、文件服务器 文件装载到一个中心s e r v e r 上，然后这些文件通过网络被其它用户访问。 在小规模和中等规模的组织中，文件服务器仍然是s e r v e r 的主要应用。 二、数据库服务器 数据库服务器运行服务器程序，该程序管理所有存放在该s e r v e r 上的具有 塑三塞g ! 笪塑墨茎壁旦墨篓竣堑茎 一 一 共同格式的数据库表。c l i e n t 向数据库服务器发邀请求，s e r v e r 执行谗个请求， 并返涵结聚。数据疼服务器中簸主要豹一糖类型怒慧予s q l 语言的数据瘁罪务 器。 三、群件服务器 随着数据库服务器的增长，群件应用开始增长。群件在c s 领域中是一个 松散的范畴，它描述的是能协调网络上的一组文档或信息的程序。当前，大多 数群传瘦熙楚镑对嚣绕孛心鹩文档( d o c u m e n t se e n t r i e ) 靛。它能协调器敖在该 网终上不翮梳器孛豹备耱文髂，庭獯程序使臻专瓣瓣a p i 弓 擎。这麓绘了焉户 对文档中的备个元素进行公布的能力。 四、对蒙服务器 对氖服务器用几乎相同的方式处理数据、图像、数据库对象和过程，因为 每兮对象怒爨毽含魏，赝以c l i e n t 能轶s e r v e r 上婺求一个特殊豹对象下载或挠 簿，辩象农它懿数据上有关予鑫毽台兹信怠，嚣魏，每个对象都“躲遂”懿侮 对命令或请求做出反应。一个举个s e r v e r 能处理多媒体服务( 视频秘啬频) 、数 据库访问、文件共享、回件、例程以及封装在一个对象中的任何其铝数据部分 扣 i i e ) 2 。2 搿s 然豢缕毒鼋戆发震怒势 - - t “僦纪九十年代，随赭计算机网络技术的发展以及g u i 界面的出现并在 p c 机占搬了统治地位，使得臌用软件体系结构和技术发展到了c s 模式，也就 是传统的蹲联c s 结构。在鞲瀑a s 终捣下，攀务殓理逻辑包含农繇个c l i e n t 应爰疆痔麓，c l i e n t 逶遵矮声箨鬻接受瑗声禽令，然嚣逶逶事务薤瑾遁瓣完藏事 务处理。这种两层c s 结构得到了广泛的应用，但是由于大型应用悉统开发的 要求和两屡体系结构固有的缺陷和不足，推动了新一代c s 体系结构的研究和 发展c 1 8 1 。 一、多鼹c s 缮构 三屡c s 体系结穗藏是凌c l i e n t 秘s e r v e r 之润麓入孛麓屡，这秘缝稳褥应 用系统分为三个逻辑部分；用户界厩、事务处理和数据，各自独立，分别放置 在c l i e n t 、功能服务器和数据艨服务器这三个实体上。c l i e n t 只负责提供用户界 第二章c s 结构及其应用系统的开发 面，当需要进行数据访问或复杂计算时，c l i e n t 向功能服务器发出请求，功能服 务器响应c l i e n t 的要求，完成复杂计算或者向数据库服务器发送s q l 语句，完 成相应的数据操作并将计算或操作结果返回给c l i e n t 。 与三层结构相似，多层结构具有高度灵活性，它把用户界面代码和应用程 序逻辑分离开，对用户界面的修改或对应用程序逻辑的改变都是相对独立的， 使得应用程序可以不断发展以满足新的要求。 二、分布式对象结构 分布式对象结构在对象间使用统的通信机制，是面向对象的实现方式， 能够获得程序最大的灵活性和可扩展性。以这种方式构造的应用程序，在决定 代码驻留哪端之前就可以完全实现，并且可以在应用程序安装时按需要分发代码 也可在程序完成后重新分发。应用程序可以很方便地在c s 分布环境或在单独 一台p c 机上运行。这种结构可以迅速增加对新的d b m s 的应用，增加新的用 户界面，并能升级支持各种新功能。 2 3c s 对数据库技术的影响 数据管理经历了人工管理、文件系统、数据库系统、分布式数据库系统四 个发展阶段。在数据库管理系统得到普遍应用后其体系结构也经历了文件服 务器结构、c s 结构、三层体系结构不同的发展阶段【1 9 】【2 0 l 。 c s 结构与数据库系统有着十分密切的关系，对于数据库系统的应用来说， c s 结构的优点在于把数据和程序分开，数据结构的变化不会对程序产生极大的 影响，而程序的变化不会影响数据结构。数据处理被分割为c l i e n t 和s e r v e r 两 部分运行，s e r v e r 完成数据结构的管理和数据加工处理。在网络上传递的是c l i e n t 的请求和s e r v e r 返回的结果，c l i e n t 完成的是用户界面管理和表现逻辑。个支 持c s 结构的数据库系统也应由两部分组成：数据库应用程序运行在c l i e n t 上( 称 为数据库c l i e n t ) ，负责用户界面和i 0 处理；d b m s 部分运行在s e r v e r 上( 称 为数据库s e r v e r ) ，负责数据处理和硬盘存取。数据库s e r v e r 不但具有数据管理 能力，还应具有数据处理能力，并能提供优化网络传输的能力：数据库c l i e n t 支持用户使用开发i g , 生成应用、处理图形，而且还具有很强的网络适应能力。 c s 结构的数据库系统通过将应用资源在c l i e n t 和s e r v e r 间的分离，降低了网络 第二章c s 结构及其应用系统的开发 上的信息流量1 6 j 1 2 l j 。 c s 结构在数据库技术中的应用，使微机数据库由d b m s 的功能逐渐过渡 到c l i e n t 端的功能及专用数据的管理，其主要功能是支持系统工具的使用和应用 界面的开发。而数据库s e r v e r 将主要完成以下功能： 1 、检验和执行数据的完整约束： 2 、检验数据存储和处理的安全性： 3 、用日志文件和后援拷贝维护与支持数据库的故障恢复； 4 、执行复杂的并发控制算法； 5 、实现查询分解或优化； 6 、支持分布式数据检索和更新。 当c s 结构中的s e r v e r 有二个或多个时，称这样的多s e r v e r 的c s 处理系 统为分布式处理系统( d i s t r i b u t e dp r o c e s s i n gs y s t e m ) 。分布式处理系统中的数据 可以在不同的主机或地点进行分布，用户向本地s e r v e r 请求数据，如果本地 s e r v e r 发现本地没有所需的数据，就通过l a n 或w a n 向其它s e r v e r 发出请求， 通过“s e r v e r 对s e r v e r 的对话”处理数据，最后将结果返回给用户。整个过程除 有响应迟缓的感觉外，用户并不知道数据来自其它系统全部s e r v e r 对s e r v e r 间的数据处理细节对c l i e n t 系统是透明的。 2 4c s 应用系统的设计原则 c s 应用系统的设计应遵循以下原则： 1 、尽量让c l i e n t 针对特定用户的事务处理 因为s e r v e r 由多个c l i e n t 共享，如果把每个用户的特定处理都放在s e r v e r 上，就会增大s e r v e r 的工作量，因而降低其响应速度，所以让c l i e n t 完成针对 特定用户的事务，减轻s e r v e r 的负担，提高c s 系统的整体性能。 2 、尽量让s e r v e r 管理全部的共享资源 可共享的资源( 如数据、部分外设及基础服务处理) 由s e r v e r 来管理，以 保证各用户共享，有助于保证数据的完整性、一致性和安全性。 3 、尽量减少c l i e n t 与s e r v e r 数据传输量 在网络间传送数据就可能产生数据错误、丢失、延时、故障等问题，数据 第二章c s 结构及其应用系统的开发 传递的越多，产生问题、要求恢复的可能性也就越大。而且网络上堆积了大量 数据必然会降低系统对其它c l i e n t 的响应速度，同时影响c l i e n t 之间及c l i e n t 与s e r v e r 间的通信。所以，减少网络中数据的传递量，有助于保证c s 系统的 性能。 4 、坚持局部数据在局部存储和管理。 这是为了减少网络上的数据传输量，减轻s e r v e r 的压力，增强s e r v e r 对请 求的响应，提高c s 系统的总体性能。 根据上述原则，在进行基于数据库的c s 应用系统设计时，可以把接口表 示部分( 如输入、输出界面) 放在c l i e n t 上，把数据的管理部分( 如查询、存储、 更新、优化等) 放在s e r v e r 上；对其它处理逻辑则要根据具体情况进行分析， 例如对于计算密集型的处理，可把计算部分放在c l i e n t 上，而一些有关数据特性 的一般约束处理则可放在s e r v e r 上：对于数据的分布，也应作妥善安排，对于 供各c l i e n t 共享的数据，应放在s e r v e r 上( 作为远程数据来处理) ，而对于各自 的独用数据，则应放在自己的c l i e n t 上【1 2 】。 2 5c s 应用系统的开发方法 研究c s 应用技术时，不可避免的要对c s 应用系统的分析与设计进行研 究。无论是何种形式的c s 应用其开发过程从某些方面来看都是相同的，本章 将主要讨论研究c s 应用系统的分析与设计。 2 5 1c s 应用系统的开发方法 c s 应用系统有许多开发方法，这些开发方法结合了各种方法的优点并加以 扩充。 l 、s d l c 方法 分布式环境比集中式环境有更多的变化因素，为了保证环境的一致性，并 充分利用c s 应用的优点，在系统开发周期中，增加“解决方案阶段”，即提出 一个全面的解决方案，在这个方案中定义系统的事务结构、技术结构、数据结 构、应用程序结构【2 4 1 。 第二章c ，s 结构及其艘用系统的开发 在解决方案阶段，事务结擒善先公式化导出，再交它导出技术结擒。技术 结构是指一个平台，它支撵数据结梅和应用程序结构。应耀程序结籀又可以巅 分为三层模型，这个模烈比传统的结构多了一个中间层一商业事务表示层，这 使得商业事务表示规则的变化相对独立于应用程序等层次，提供熙大的灵活性。 2 、信息工程学( i e ) 方法 传统鹩l e 方法可以很好遮竣诗和开发商业事务鞠数寤管理服务。然瑟在孺 户界面开发孛原整纯方法更为适合，透两可以扩充瑾，使其包纭用户界面成分。 3 、面向对象技术相结合的方法 颟向对象促进了可虞用性，因而可以引进面向对象的分析与设计思想。在 分布式系统中，每个层次上运行的内容都可看成对象，这里的对象是协同提供 解决方案酶猿立软件实体，封装事务实钵，是面向功麓熬。 4 、项髫管理方法 在整个项目生存周期中，根据所处的擞命周期的不同，项目小组是不断变 化的。在分析阶段，建立一个总体结构小组，负责保证集成，并负责选择和支 持用于集成的技术。由于c ，s 系统具有多种软硬件平台、多数据库、多嬲绍协 议、多应用绽疆接口，因丽在软终生命弼期中，要及鼗调整项耳小组。随着项 霹的开展，小缰增热分亿，随着项鼙的貉柬，小组合并耪篱。 5 、综合方案概貌 在综合方案中，将几种开发方法进彳亍综合如图示2 4 所示。软件生命周期 增加解决方案阶段，整个生命周期包括系统定义、系统分板、解决方案阶段、 系统设计、系统褐造、系统溺试发行、系统转换、生产，个阶段l 勰。 图2 4c s 系统综合舞发方案 软件处理模型使用多线索方法和基于墼程碑的处理模型，即面向结果的处理 模型。软件开发方法学选择扩充的i e 为主体，并使用面向对象的思想方法增加 对象的可重用性。 第二章c s 结构及其应用系统的开发 2 5 2 基于c s 的应用系统的开发过程 应用系统的开发方法有多种，c s 应用系统的开发多采用几种方法的集成， 即综合方案。在综合方案中，与传统方法相比只是多了一个解决方案阶段，体 现了c s 系统的特色，是c s 系统能否开发成功的重要环节，图2 5 给出了c s 系统开发的主要阶段。 际瞎 i * * _ 叫数据库设计| _ j 裂惦 l 叫模型 技l 结构 构i 化 ) i 芒 叫事务设计l - 造 i 墨竺塞墨卜 结 构 实 处理 叫处理设计 _ 现 模型j 程序 l 化i 结构 i 。_ j 叫界面设计r j i+ 系统定义系统分析解决方案系统设计 例2 5c s 应用系统开发的生命周期 一、系统定义 系统定义的目的是定义系统范围、确定系统风险、明确假设及限制因素、 评价技术及应用程序环境。定义系统范围可使用两种方法：基于信息工程的方 法、基于面向对象的方法。 系统定义阶段得到初始可行性报告，包括事务对象图、动作对象图、应用 程序特性工作表格及初步项目评估文档”。 二、系统分析 系统分析以数据和处理为中心，包括数据模型化和处理模型化两个阶段。 完成事务分析、数据模型化、确定事务规则、完成处理模型。活动完成后交付 组织结构模型图、需求陈述、数据字典、逻辑数据模型、功能说明【2 ”。 1 、数掘模型化 数据模型化使用最广泛的工具是实体联系图( e r o ) 。许多软件工程辅助工 第二章c s 结构及其应用系统的开发 具( c a s e ) 已经有将实体联系图转化为物理数据模型的程序。由于很少有c a s e 工具采用面向对象技术，因此要将使用面向对象分析方法得到的结果映射到一 些传统的工具中。 2 、处理模型化 在系统定义阶段，确定事务对象的核心部分，这些对象( 以独立软件实体 进行实现的) 通过消息进行通信。把所有的消息汇总起来，建立一个称之为事 件消息映射的项目。 三、解决方案阶段 1 、解决方案的目标 由于c s 系统有多平台、多网络协议、多中间件的特性，所以必须有一个 全面的解决方案，这个方案包括系统的技术结构、应用程序结构及数据结构。 解决方案有以下几个目标：草拟指导解决设计与实现的结构与方法：给出系统 性能期望值；提出安全性解决方案；作出系统组成部分的购买建立决定。 2 、技术结构 技术结构是应用程序结构和数据结构的基础，技术结构主要包括技术的配 置、工具的选择、应用程序编程接口( a p i ) 的选择。 ( 1 ) 技术配置 技术配置是系统开发非常重要的部分，如果技术配置不当，则系统不易集 成。在技术配置之前要确定假设和限制因素，了解现行系统的配置，然后确定 几个可行的比较方案，对方案进行