（系统工程专业论文）基于Web的分布式系统及其应用研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 基于w e b 的分布式系统及其应用研究 专业：系统工程 硕士生：向美红 指导教师：陈永锋副教授 摘要 本论文以i t 行业为研究背景，结合工资统一发放系统的设计和实现，研究了基于w e b 的 分布式应用系统原理、结构和应用，在选题t 有重要的现实意义。 分布式应用引入了一个全新的设计和扩展概念。本论文介绍了分布式系统的产生与发展， 对几种常见的分布式系统的机构进行了详细的分析比较，指出基于w e b 的分布式系统是分布式 系统发展的方向。通过对基于w e b 的分布式系统的体系结构原理及其特性的深入剖析，提出了 采用结构化与面向对象相结合进行系统设计的方法。文中还研究了分布式组件技术的特点，分 析对比了不同组件的工作机理和应用方法。重点论述了基于w e b 的分布式应用系统的设计方法 和流程，给出了基于公共资源库和可重用构件的设计方式。设计实现了工资统一发放应用系统， 根据其业务流程对系统用户进行了定位，建立了系统的数据分析模型，选择相应的开发平台与 数据库管理系统，设计实现了基于w e b 的分布式工资统发应用系统，解决了以往工资发放中的 诸多问题。同时详细阐述了数据库的设计方法和对象模型的建立过程，并指出在数据库应用系 统中应遵循的规则。 【关键词】w e b ；分布式系统；c o r b a ；工资统发 【论文类型】应用研究 r e s e a r c h d e v e l o p m e n t o fd i s t r i b u t e ds y s t e mb a s e do n t h ew e b s p e c i a l i t y ：s y s t e i i lp r o j e c t n a m e ：x i a n gm e i h o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r c h e n y o n g f e n g a b s t r a c t o nt h eb a c h g r o u n do f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ( 田t h i st h e s i si sf o c m e do i lt h er e s e a r c ho f t h e t h e o r y 、s t r u c t u r ea n da p p l i c a t i o n o f d i s t r i b u t e ds y s t e mb a s e do nw e b ，w h i c hi sb a s e do nt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t i o n o f t h es a l a r yp a y - o f f s y s t e m t h e p r a c t i c a lm e a n i n go f t o p i cs e l e c t i n gi si m p o r t a n t t h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o nb r i n gi n t oan e wc o n c e p to fd e s i g na n de x t e n s i o n f i r s t l y , t h e d e v e b p m e mo f d i s t r i b u t e ds y s t e mi si n t r o d u c e da n dt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o na l ed i s c u s s e di n d e t a i l t h ed i s 埘b m e d s y s t e mb a s e d 0 i lw e bw i l lb et h ed e v e b p i n gt r e n do f d i s t r i b u t e ds y s t e mt h e n t h e t h e o r y m a d a p p l i c a t i o n a r ea n a l y z e d d e e p l y t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n d i s t r i b u t e d c o m p o n e n t s w h i c h a r eu s e d w i d l y a r e i n v e s t i g a t e d s e c o n d l y , t h ed e s i g n m e t h o dt h a tc o m b i n es t r u c a m a la n d o b j e c t - o r i e n t e dd e s i g n i n g i sp r o p o s e d t h em e t h o di sb a s e do nt h ea t t h o r se x p e r i e n c ei i lw o r ka n dt h e i d e ao f e v o l u t i o nm o d e la n d s p i r a l m o d e l t h ed e s i g nm o d e b a s e d o n p u b l i cr e s o u r c eb a s ea n d r e u s e a b l ec o m p o n e n ti sb m u g h tf o r w a r da l s o t h i r d l y , t h ep a p e rb r i n gf o r w a r dt h es l r u c t u r ea n dt h e f l o w o f s a l a r y p a y - o f f s y s t e m a c c o r d i n g t o t h e d e m a n d , a t t h es a m e t i m e ， , m a l y s e s t h e p m b l e m s o f t h e f o r m e r l y s a l a r y p a y - o f f s y s t e m a n d t h ec u s t o m e r p o s i t i o n i n g o f t h es y s t e m , a n d b u i l d s t h e d a t a a m l y s i s m o d e lo ft h es y s t e ma tl a s t , t h ep a p e rs u m m a r i z et h ed a t a b a s ed e s i g nm e t h o d ，a n dp o i n to u tt h e p r h c i p l em d a t a b a s e d e s i g n k e y w o r d s w e b ；d i s t r i b u t e ds y s t e m ；c o r b a ；s a l m y p a y - o f f 1 y p eo f t h e s i s a p p l i c a t i o n r e s e a r c h 声明 s 3 s 3 s 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：伺美红日期：加；算辱舟7 蛊 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保鼠送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：伺类红导师签名 注：请将此页附在论文首页。 煳日期加 f ， 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 课题背景及意义 1 绪论 基于w e b 的分布式信息系统的应用越来越普遍，在企业的i n t r a n e t 、e x t r a n e t ，在i n t e r n e t 上的b 2 b 、b 2 c 电子商务，以及新兴的j s p 等领域，基于w e b 的分布式信息系统具有不可替代 的作用。本课题研究基于w e b 分布式系统的原理、设计和应用，目的在于采用基于w e b 的分 布式应用系统解决方案推进国家行政机关的信息化建设，完成工资统一发放系统的实现。 基于w e b 的分布式信息系统是分布式系统的发展趋势，在当前信息化社会下，国家行政机 关工作也对信息化提出了更高的要求。基于w e b 的分布式应用系统将在国家行政机关工作中发 挥举足轻重的作用。 传统的行政机关管理模式下，原有工资发放形式存在诸多弊病，一些边远地区的工资不能 按时、按量发放，影响工作的积极性，从而影响整个行政机关单位的工作效率。在当前信息化 社会下，采用工资i 虱库集中支付形式，对于提高整个行政机关工作的积极性能发挥很大的作用。 同时人事、财政、预算等部门协调工作，自够极大地减少弄虚作假，在一定意义上增强党和政 府在人民群众中的形象。 采用国库统一支付，工资统一发放是指用财政性资金安排的工资资金由财政部门委托代发 银行直接拨付到个人工资账户上的工资发放管理形式。编制部门核准编制、人事部门核定人员 和工资、财政核拨经费、银行代发到人、及时足额到位。 1 2 基于w e b 的分布式系统是分布式系统的发展趋势 分布式应用引入了一个全新的设计和扩展概念，它虽然增加了软件产品的复杂性，但是带 来了可观的回报。现实生活中的一些应用本身就带有分布性，例如多人对战游戏、聊天程序以 及远程会议系统等等。很多其它的应用也是分布式的，即它至少有两个组件运行在不同的计算 机上，但是因为它不是为分布性应用而设计的，所以它们的规模和可扩展性就有很大的局限性。 将这些系统作为分布式系统并能够在正确的地方运行正确的组件会给用户带来好处，并且使人 们对网络和计算机资源的运用更加充满信心。设计应用程序时考虑到分布性，能通过在客户端 运行组件使应用适用于具有不同性能的不同的客户。 设计应用时考虑分布性能够使系统在扩 ：塑塑鳖垒堡鐾墅耋一 展上具有很高的灵活性。分布式应用与其非分布式版本比起来具有更大的可扩展性。如果整 个复杂应用的逻辑结构可以用一个简单的模型来表示，那么只有种方法来增加系统的工作效 率：用更快的机器，而无需应用本身进行调整。虽然现在的服务器和操作系统升级很快，但是 买一个同样性能的机器还是比将服务器的速度升级为原来的两倍所花的钱少。有了一个设计适 当的分布式应用系统，一台功能不怎么强大的服务器就能够运行所有的组件。当负载增加时， 可以将一些组件扩展到价格便宜的附加的机器上。 分布式系统经历了主机终端结构、c l i e n t s e r v e r 结构、b r o w s e r s e r v e r 结构和基于w e b 的分布式结构这四个发展阶段，基于w e b 的分布式系统是分布式系统的发展趋势，这是由分布 式系统的发展历程和各自的特性所决定的。 121以大型机为主的集中计算机模式 在二十世纪7 0 年代到8 0 年代，分布式系统以主机终端结构为主，这是一种典型的胖服 务器瘦客户机工作模式，主机通常是一台计算功能强大的大型机，众多的终端用户共享大型 机c p u 资源和存储功能。这种模式具有容易控制主机资源，数据安全保密等优点，但缺点很多， 主要包括主机负担太重，设备昂贵，系统可靠性，可用性主要依赖于主机，易用性差，过于封 闭，系统伸缩性较小。事实上这种模式更加偏向集中式“1 。 1 22c e n t s e r v e r 模式体系结构 到二十世纪8 0 年代末，分布式系统发展蛩j 0 1 i e n t s e r v e r 结构，即胖客户端结构是最典型， 也是最普遍的一种形式。这种形式的c s 结构分为两层，( 如图卜1 所示) 第一层是在客户机 系统上结合了用户界面与业务逻辑( 在客户端程序里) ：第二层是通过网络结合了数据库服务 器。两层结构应用软件的开发工作主要集中在客户方，客户方软件不但要完成用户交互和数据 显示的工作，而且还要完成对应用逻辑的处理工作，即用户界面与应用逻辑位于同平台上。 这样就带来了两个突出的问题：系统的可伸缩性较差和安装维护困难，使得两层结构应用软件 在i n t e r n e t 环境下的使用受到较大限制。 数据库服务器 鱼差凰一 图卜1 c s 模式体系结构 数据库 ! ! = = ! ! ! ! = = = = ! = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 2 2 = = = = ；2 5 3 2 5 一 一 1 2 3b r o w s e r s e r v e r 模式体系结构 随着i n t e r n e t 的飞速发展，w e b 技术日渐成熟，二十世纪9 0 年代的分布式计算处理的网 络系统是以b r o w s e r s e r v e r ( b s ) 模式为主流。b s 结构分为浏览器、w e b 服务器( 及应用服 务器) 和数据库三个层次，如图卜2 所示。这种系统在服务器端集中了所有的应用逻辑，在客 户机上通过直观、易用的浏览器来从w e b 服务器上获取信息。w e b 服务器通过 玎t p 建立了内 部页面和各相关后端数据库的超文本链接，所以最终可以用浏览器查询所有网络服务器上的信 息。其中浏览器构成了系统的表示层，w e b 服务器及应用服务器构成了系统的应用层，而数据 库服务器则构成了系统的数据层。 厘盍睁 二 f 0 0 0 0 0 ff 0 0 0 0 图卜2b s 模式的体系结构 w e b 技术的出现使b s 结构逐渐成为分布式系统最具有前景的模式，其数据及应用可通过 不同平台、不同网络存取，与平台无关，伸缩生大“1 。此模式具有以下特点： ( 1 ) 易用性好用户使用单一的b r o w s e r 软件，通过鼠标即可访问文本、图象、声音、视 频及数据库等信息，特别适合非计算机人员使用。 ( 2 ) 易于维护由于用户端除了标准浏览器之外无需专用的软件，系统的维护工作简单。 ( 3 ) 信息共享度高h i m l 是数据格式的一个开发标准，目前大多数流行的软件均支持 h t m l ，同时h t 札技术标准使得b r o w s e r 可访问除h t 札之外的多种格式文件。 ( 4 ) 扩展性好b s 模式使用标准的t c p i p 、h t t p ，能够直接接入i n t e r n e t ，具有良好的 扩展性。 ( 5 ) 安全性好通过配备防火墙，将保证现代企业网络的安全性。 ( 6 ) 广域网支持无论是p s t n 、d d n 、帧中继、x 2 5 、i s i ) n ，还是c a t v 、a d s l ，b s 均能 与其共“舞”。 黼r u 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 7 ) 保护企业投资b s 模式由于采用标准的t c p i p 、h t t p 协议，它可以与企业现有网络 很好的结合。 124 基于w e b 的分布式结构 从c 1i e n t s e r v e r 结构的时代开始，基于分布式系统和组件的研究就非常活跃，研究成果 不断被纳入到c l i e n t s e r v e r 结构中。9 0 年代面向对象的概念非常流行，传统的结构化思想 逐渐向面向对象的思想转变，组件模型和分布式组件模型的研究成果被纳入到c l i e n t s e r v e r 结构和w e b 体系结构中，形成了n 层体系结构和w e b 分布式计算的概念。1 。分布式组件模型的 标准有c o r b a 、d c o m 和由c o r b a 和j a v a 相结合的e 3 b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ) 。从9 0 年代 中期开始，分布式组件技术和标准逐渐融入到w e b 体系结构中，形成了基于w e b 的分布式系统 环境“1 。这种分布式系统模式继承了b r o w s e r s e r v e r 模式的特色，同时又增加了分布式组件 所带来的好处。 下面从几个方面将三层结构模式与传统的客户服务器模式进行比较： 圆终蓬接皇数据佳逢c s 模式中客户端与服务器直接进行连接，要求连接持续可靠且延 时小，并且所有数据由服务器发送回客户端进行分析处理，数据流量大，因此网络建设投入高。 而三层结构模式中应用服务器与客户端可采用非持续l 生连接，由于数据都在应用服务器上进行 分析处理，客户端只是起显示结果的作用，所以传送数据量小，对网络要求不高，充其量要求 在应用服务器与数据服务器间采用高速网络连接。 丕统墨塞数据库应用系统中的计算、操作和数据i c e ( 超出s q l 选择) 通常很复杂也很耗 时，c s 模式中计算通常是在客户端或数据库服务器上完成，因此要求硬件投入高。此外随着 每个客户的处理负载增长，限制了服务器能够支持的客户连接数目。同时客户连接数目的增加 也增大了系统对客户请求的响应时间“1 。而三层结构模式中数据的分析处理在专门的应用服务 器上执行，减轻了数据库服务器的负荷，应用服务器能够平衡负载，最大限度的利用资源和尽 量减少服务器的负荷。 丕统缍控 由于c s 结构中数据访问代码都在客户机上，单个客户机程序在每次增加新的 数据源时都需要更新。更常见的是，对应用代码的修改需要更新客户端，使客户机上客户应用和 计算逻辑的维护出现极大的问题，改动多达成百上千的客户端将会大大提高系统的维护费用。 而三层结构要求客户端软件极其简单，在数据源发生变化时无须更新客户端，或者只需直接从 网上更新，大大减轻维护费用。 丕缠圃芷星鲑在c s 结构中只能通过升级大批硬件的方法来提高系统处理能力，这将会 大大增加硬件资金投入和产生大量的闲置设备。而三层结构可以通过添加少量应用服务器的途 径提高系统处理能力，因此可以减少资金投入。 筮屋趋势随着i n t e r n e t 和广域网的发展，c s 模式将不能应对基于i n t e r n e t 的应用， 4 因为广域网上很难维持可靠持续的网络连接。i n t e r n e t 本身就具有三层结构的特性，而通过 三层结构能够更好地访问跨平台和分散的数据库，最终用户将获得更多的互操作性并能尽量减 少日益紧张的带宽。 基于w e b 的分布式结构与c li e n t s e r v e r 结构的比较见表卜l 。 表卜1 基于w e b 的分布式结构与c 1 l e n t s e r v e r 结构的比较 比较项目w e b 分布式结构 c li e n t s e r v e r 结构 所采用标采用的标准是开放的、非专用的，是经 c l i e n t s e r v e r 所采用的标准只 准的开放过标准化组织所确定的而非单一厂商要在内部统一就可，它的应用往 性所制定，保证了其应用的通用性和跨平往是专用的。 台性。 应用开发只需在客户端装有通用的浏览器即可，必须开发出专用的客户端软件， 和维护成维护和升级工作都在服务器端进行，不无论是安装、配置还是升级都需 本 需对客户端进行任何改变，大大降低了要在所有的客户机上实施，极大 开发和维护的成本。地浪费了人力和物力。 易使用性用户的界面都统一在浏览器上，浏览器用户的界面是由客户端软件所 和界面友易于使用、界面友好，不需再学习使用决定的，其使用的方法和界面各 好程度其他的软件，一劳永逸地解决了用户的不相同，每推广一个 使用问题。c l i e n t s e r v e r 系统都要求用户 从头学起，不易使用。 “瘦”客户客户端不再负责数据库的存取和复杂客户端具有显示与处理数据的 端和“胖”数据计算等任务，只需要进行显示，充功能，对客户端的要求很高，是 客户端分发挥了服务器的强大作用，大大降低一个“胖”客户机。 了对客户端的要求，客户端变得非常 “瘦”。 系统灵活系统的三部分模块各自相对独立，其中系统模块中有一部分需改变关 性一部分模块改变时其他模块不受影响， 联到其他模块的变动，使系统极 系统改进变得非常容易，且可以用不同难升级。 厂家的产品来组成性能更佳的系统。 系统安全系统在客户机与数据库服务器之间增 系统中由于客户机直接与数据 性 加了一层w e b 服务器，使两者不再直接库服务器进行连接，用户可以很 相连，客户机无法直接对数据库操纵，轻易的改变服务器上的数据，无 有效地防止用户的非法入侵。法保证系统的安全性。 西安建筑科技大学硕士学位论文 w e b 分布式系统结构具有许多传统c l i e n t s e r v e r 结构不具备的优点，而且又紧密地结合 了i n t e r n e t i n t r a n e t 技术，是技术发展的大势所趋。工资统发系统采用基于w e b 的分布式系 统作为解决方案，不仅符合公司的产品战略，而且也符合用户的需求和未来的发展趋势。 分布式w e b 应用系统一般由如下四部分构成： ( 1 ) w e bs e r v e r 以往的w e bs e r v e r 主要任务是提供文件服务或邮件服务，现在它正成为种独立的应用 系统开发及运行环境，用来管理控制这个环境中的网站及服务器端组件，而且有一些服务器从 w e b 服务器中独立出来，主要承担运行应用系统的任务，这就是所谓的应用服务器，其目的是 把以前复杂的胖客户端变为瘦客户端，从而把复杂的应用程序转到w e b 服务器上，使面向用户 的复杂性从客户端转到了w e b 服务器一端，瘦客户端具有易学易用易管理的优点。 目前流行的w e b 服务器软件有微软公司的i i s 和n e t s c a p e 公司的n e s ，由于i i s 与w i n d o w s n t 集成在一起，通过n t 所做的优化工作，使之有很高的执行效率，它采用n t 的安全认证特 性，易于管理。从i i s 2 0 版之后就支持c g i 、i s a p i 、a s p 。i i s 4 0 更是支持多个i p ，可在 台服务器上支持多个w e b 网站和f t p 网站，而不会相互影响，i i s4 0 也加进了m r s2 0 ，具 有分布式事务处理的能力，i i s 是构建分布式动态w e b 应用的较佳选择。 ( 2 ) 服务器端组件 微软公司推出的基于c o m d c 伽的a c t i v e x 技术，可以用于为w e b 应用开发很多可重用的 服务器端组件，用以增强w e b 服务器端应用程序的功能，基于组件的应用已成为种必然的趋 势。 ( 3 ) 数据库服务器 胖服务器瘦客户机模式使数据库服务器变得必不可少。很多厂商都推出了各种类型的数 据库软件，如o r a c l e 、s q ls e r v e r 、d b 2 、i n f o r m i x 等大型数据库。 ( 4 ) 浏览器 目前占市场份额较大的是微软公司的i n t e r n e te x p l o r e r ( i e ) 和n e t s c a p e 公司的 n e v i g a t o r 。两者都支持浏览器端组件，前者采用a c t i v e xc o n t r o l ，后者采用p l u g - i n s 技术。 浏览器为客户端提供了一个界面友好、风格统一、易于使用、较少维护的通用界面。 1 3 本论文主要工作 本论文结合工资统发系统的设计和实现，分析研究了基于w e b 的分布式应用系统。主要包 括以下方面的工作。 首先，论文概述了工资统发系统的应用背景，对工资统发系统进行了详细的产品战略分析 和需求分析。在此基础上，结合分布式系统的发展趋势以及基于w e b 的分布式系统和传统的 西安建筑科技大学硕士学位论文 c l i e n t s e r v e r 结构的系统比较，提出了基于w e b 的分布式系统的解决方案并给出了工资统发 系统的拓扑结构。 其次，论文对工资统发系统的解决方案基于w e b 的分布式系统的结构和原理进行了深入 研究，并从系统的角度对基于w e b 的分布式系统的特性进行了分析。 结合作者实际研究过程中的经验，对基于w e b 的分布式应用系统一工资统发系统进行了设计研 究，提出了基于演化模型和喷泉模型的设计思想，并给出了基于w e b 的分布式应用系统的设计 流程以及基于公共资源库和可复用构件的设计方式。 最后，论文对工资统发系统进行了详细设计和实现，重点分析了工资统发系统的技术方案 设计和应用平台选择、系统实现难点和解决方案、系统的设计以及系统的实现。同时对工资统 发系统的实现进行了总结，分析了工资统发系统的创新和意义，并指出了系统的不足之处。 西安建筑科授大学硕。学位论文 2 基于w e b 的分布式系统结构原理 2 1 系统逻辑体系结构 基于w e b 的分布式系统的逻辑体系结构被分为表示层、应用层和数据层三个逻辑单元，如 图2 1 所示。 图2 - 1 基于w e b 的分布式系统的逻辑体系结构 图2 - 1 是基于w e b 的分布式系统的逻辑结构模型，不是物理结构模型，这里的三层并不是 意味着三台独立的机器。逻辑结构模型涵盖了范围广泛的物理结构模型，这取决于在什么地方 提供这些服务。具体应用被看作服务消费者和服务提供者的逻辑网络。在图2 - 1 中，各层所完 成的功能如下： ( 1 ) 表示层 在基于w e b 的分布式系统中，表示层是用户和i n t e r n e t 浏览器之间交互信息的窗口，信 息以网页的形式呈现给用户，用户可以搜索和浏览信息，可以提交数据请求，也可以进行一些 应用控制或其他操作“1 。 ( 2 ) 应用层 娴层是这个基于w e b 的分布式系统的核心部分，是各种信息服务的提供者和信息的管理 者，它包括了信息的传递、信息的发布以及全部的业务处理程序，同时可以对这些功能进行扩 充来不断满足客户的需求。应用层接受来自表示层的数据，按定的业务规则对之进行处理： 与数据层之间进行数据交换，包括建立与数据库的连接，对数据库进行操作等。应用层的业务 逻辑层集中了复杂的应用逻辑，业务逻辑层的分布式组件是完成各种应用逻辑的单元，可以分 放在一个或多个应用服务器上，但这对工作流层是透明的。当具体的业务流程发生变化时，只 要内在的业务逻辑不发生变化，那么只需要重组具体的工作流程( 即改变工作流层) ，分布式 组件还可以重用，对业务逻辑层不会产生影响。 ( 3 ) 数据层 数据层主要提供具体数据的管理功能，包括进行数据的读和写，完成数据的存储。数据层 可以分为数据接e 1 层和数据存储层，数据接口的重要作用是对应用层隐蔽数据存储的具体操 作，提供统一的透明数据存储层的访问。数据存储层管理各种数据，包括文件、电子邮件、数 据库等，并且也提供数据具体操作的事务支持。基于w e b 的分布式系统的体系结构本质上也是 客户服务器结构，但与一般的客户服务器结构不同的是，它更注重以标准的技术来构建分布 式应用。在客户服务器结构中，用户界面和业务规则一般放在客户端，客户端显得非常笨重， 对应用系统的修改会产生较大的影响。基于w e b 的分布式系统的体系结构中，分为表示层、应 用层和数据层，形成多层应用结构。表示层提供用户界面，它根据用户的操作作出相应的反应， 它不直接访问后台数据库；应用层负责处理用户的请求，并把处理结果反馈给表示层( 用户) ； 数据层提供数据存储支持。多层应用结构要求层与层之间必须有明确的接口定义，从而保证多 层之间可以协作完成应用任务。应用层是表示层和数据层的中间服务层，其中应用层的业务逻 辑层必须保证所有的业务逻辑被正确处理，工作流层负责与表示层交互并负责管珊f 每时数据和 组织实际业务的具体流程。 2 2 物理框架结构 图2 2 是一个常见的具有高性能可伸缩性的基于w e b 的分布式系统物理框架结构图，它是 基于w e b 的分布式系统的典型物理架构，这种架构主要具有以下特点： 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 图2 - 2 高性能可伸缩的基于w e b 的分布式系统物理框架结构 ( 1 ) 两性能司伸缩性的机制 高性能可伸缩性是通过负载均衡和分布式组件技术来实现的。负载均衡是由多台服务器以 对称自勺：方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而 无需其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中 的某一台服务器上，而接受到请求的服务器独立地回应客户的请求。当发现某些w e b 服务器负 载量非常大，在某些服务器上匣用太多融负载太重或负载绷b 不均时，通过负蝴技术 的合理应用，可以动态地调整基于w e b 的分布式系统的负载能力。当w e b 应用负载加重时，可 1 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 以通过增加更多的服务器扩展w e b 服务承载能力。 ( 2 ) 支持多种接入方式 基于w e b 的分布式系统在浏览器和w e b 服务器之间采用h t t p 协议通讯，盯r p 协议架构在 t o p 协议之上，因此具有通讯介质无关的特性。具体来说，w e b 服务器可以支持多种接入方式， 如有线接入方式( 通过x 2 5 、f r 、d d n 、i s d n 、a d s l 等) 、无线接入方式。 在具体的物理连接上，可以是w a n 连接( 例如分布在不同地区的局域网之间的连接，可以 采用v p n 技术加密w a n 连接) 、远程访问p s t n 方式连接( 这可以支持远程办公，如果要保障安 全性，可以采用v p n 技术对传输隧道加密) 。 这些不同的连接方式对基于w e b 的分布式系统来说是透明的，采用各种连接都能正常使用 系统，系统新扩充的功能对采角不同连接方式的用户都可用”。例如，a s p ( a p p l i c a t i o n s e r v i c e p r o v i d e r ) 可以将通用的基于w e b 的分布式架构的e r p 通过i n t e r n e t 同时提供给许多企业使 用。 ( 3 ) 可扩充性和商可靠性 一个系统的可扩充性和可靠性对于一个信息系统来说是非常重要的，基于w e b 的分布式应 用系统同样也要重点考虑这个问题。在可扩充性方面，由于基于w e b 的分布式应用系统采用分 布式组件对业务提供支持，因此，当需要对功能扩充时，通过开发新的组件可以达到这个目的， 而这些组件可以分发到新的服务器上，这可以大大降低对原有系统的冲击和影响。同时，新的 功能一旦发布，对于客户来说是透明的( 因为客户端采用了标准的浏览器) 。 另外，基于w e b 的分布式应用系统经常采用双机热备份和冗余技术来提高物理可靠性和应 用可靠性。对于w e bd i s p a t c h 服务器来说，它集中负责接受客户端的请求并转发，因此一旦 崩溃将导致整个系统的不可用，可以采用双机热备份的方式来保障w e bd i a p a t c h 服务器的正 常运转( 即使一台服务器失效，另一台服务器可以立即接管) ，同样为了保障数据的安全可靠， 数据库服务器也经常采用双机热备份的方式。另外，对应用服务器来说，可以采用s a n ( s t o r a g e a r e an e t w o r k i n g ) 技术来保障事务的正确执行，以确保应用的高可靠性。s a n 是新兴的网络 的技术，它以g 比特的速度连接服务器和存储介质。 总之，基于w e b 的分布式系统具有灵活的框架结构，而且这个框架是开放式的，许多最新 的网络技术都能融入到这个框架中，而且对于上层用户来说是透明的。 2 3 表示层原理分析 作为基于w e b 的分布式系统体系结构的表示层，主要提供基于w e b 的分布式应用系统的应 用界面，完成应用数据的前台显示及用户和计算机之间的交互工作。对用户来说，他们通过表 西安建筑科技大学硕士学位论文 示层对基于w e b 的分布式系统进行前台操作，查看f 洲 所需要的信息。因此，对于基于w e b 的 分布式系统结构中的表示层，主要需要解决以下三个核心问题： ( 1 ) 格式表示问题，前台界面和数据格式的表示问题； ( 2 ) 交互问题，如何实现用户与基于w e b 的分布式系统前台之间的交互问题； ( 3 ) 通讯问题，如何解决前台表示层数据和后台应用层业务之间的通讯接口问题。 2 3 1 表示层框架结构 基于w e b 的分布式系统表示层一般通过浏览器来实现，常见的浏览器有i n t e r n e te x p l o r e 和n e t s c a p en a v i g a t o r 等。作为浏览器，它一般包括脚本引擎( j a v a s c r i p t 和v b s c r i p t 等) 、 h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 解析器、h r t p 协议( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 的客户端实现程序等模块，它可以支持a c t i v e x 控件和p l u g - i n s 。基于w e b 的分布式系统表 示层架构如图2 3 所示。 图2 - 3 基于w e b 的分布式系统表示层架构 在图2 3 中虚线所包围的客户端表示层即为本文期= w e b 的分布式系统表示层所涉及的要 素，在该架构结构中，具体以浏览器作为核心，它实际上包含了基于w e b 的分布式系统表示层 的具体实现。 基于w e b 的分布式系统表示层中，用户界面是通过一个支持交互式访问的分布式超媒体 ( h y p e r m e d i a ) 系统来实现的，在w e b 上的可获得的超媒体文档被称作网页。对于组织或者 个人的主网页被称作为主页( h o m e p a g e ) 。网页的作者应该能够描绘该通用文档的外观( 如 各项的排列次序) 。每一个包含超媒体文档的网页都采用一个标准的表示方式。该标准被称为 1 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 超文本标记语言( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，h t m l ) ，它允许作者给出一个通用的向导行 来显示并说明网页的内容。超媒体系统直接扩充了传统的超文本( h y p e r t e x t ) 系统。在这两 个系统中，信息被作为一个文档集而存储起来。除了基本信息外，文档还能含有指向集合中其 他文档的链接。每个链接都与一个可选项相关联，用户可以选择该项并沿着链接到达相关的文 档。超文本与超媒体的差异在于文档内容：超文本文档仅含有文本信息，而超媒体文档则含有 另外的信息表示方式，包括声音、图形和动画等。1 。 在客户端浏览器中，主要以g r m l 文件为处理核心，h t m l 是基于w e b 的分布式系统表示层 的数据表示格式，具体的显示由浏览器解析并进行处理和显示。在h t m l 文件中包含脚本( 主要 有j a v a s c r i p t 和v b s c r i p t 等) ，这些脚本能被脚本引擎( s c r i p te n g i n e ) 解释执行，同时和浏 览器对象密性结合在一起完成与用户的交互功能1 1 0 1 。客户端浏览器和w e b 服务器的通讯协议 采用 f r r p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 协议，在客户端( 即基于w e b 的分布式系统表 示层实现处) 由浏览器发送h 丌p 请求，在服务器端则由h t t p d ( h t t pd e a m o n ) 进程接受h t t p 请求并发送h 丌p 响应。至于资源定位，则通过u r l ( u n i v e r s a lr e s o u r c el a c a t o r ，统一资 源定位器) 来表示。 2 3 2 表示层要素原理 ( 1 ) h t 虬( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，超文本标记语言) h t m l 是一系列的超文本的标记符号和规则。这些标记告诉浏览器应该如何显示文字和图 形。h t m l 是由n e t s c a p e ，m i c r o s o f t 和w 3 c 在实践中共同开发的。新的h t m l 标准h t m l 4 在1 9 9 7 年由w 3 c 提出，作为一种更有效的标准使用。但是，n e t s c a p e 和m i c r o s o f t 也提供了一些非 标准的功能扩展。网络开发者可以使用h t m l 4 的许多功能，但是必须为用户提供合适版本的浏 览器。h t m l 4 的一个重要方面是它的动态h t m l 的特性。 h t b l l 文件是文本文件，但是通过使用超链接标记，可以使浏览器显示时包含图片、声音、 动画等多媒体文档，同时也可以便浏览器包含a c t i v e x 控件和j a v aa p p l e t 等，从而具有更好 的交互性。另外通过使用超链接，可以实现文档之间的导航1 1 1 。 要建立一个交互式的网点，需要使用h t 札表单( h t m lf o r m ) 。h t m l 表单可以包含类似复 选框、单选按钮、文本框等表单元素，可以让用户输入一些信息，表单的元素具有属性、方法 和事件，可以同用户建立简单的客户端交互。表单元素的用户输入可以被提交到w e b 服务器进 行后台处理。 ( 2 ) 煳l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，扩展标记语言) ) 。儿是基于s g m l 实现的一个子系统，它保留了s g m l 主要实现功能，同时大大缩减了s g m l 的复杂性。s g m l 是s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ( 标准通用标签语言) 的缩写， 它是种元语言( m e t a l a n g u a g e ) ，所谓元语言是一种用来定义其他语言的语言“”，例如h 舰 西安建筑科技大学硕士学位论艾 就是一种s g m l 应用。 随着w e b 的普及以爆炸性的速度增长，原来广泛使用的h r 忆所暴露的不足之处越来越突 出，如缺乏可扩展能力、数据的可重用性和结构化程度差、缺乏表达数据语义的能力等，这些 缺陷使得h t m l 面对越来越复杂的网站内容和大型商业发布应用显得力不从心。于是w 3 c 针对 大型商业发布应用需要和考虑未来可扩充性提出了x m l 。 x m l 配合x s l ( e x t e n s i b l es t y l el a n g u a g e ，可扩展的样式语言) 可以按照预先定义的样 式显示，改变x s l 就可以改变x m l 数据的前台显示。例如，改变数据的显剥i $ 婷，叠折只显示 外面一层，或者变为打印格式。 ) 。儿除了可以应用在表示层之外，它还可以应用在应用层。这时，x m l 作为一种数据交换 的标准格式在w e b 应用或w e b 服务之间进行数据交换。这将成为下一代i n t e r n e t 数据挖掘和 智能交换的一个重要基础。 ( 3 ) h t t p 协议( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c o l ，超文本传输协议) i 邢p 是用来在w w w 上交换文件( 文本，图形，声音，动画等) 的规则集。相对于t c p i p 协议族，h t t p 是应用协议。 h t t p 协议设计的简单而灵活，它是无状态和“无连接”的。任何服务器除了包括h t m l 文 件以外，还有一个h t t p 驻留程序，用于响应用户请求。浏览器是m p 客户，向服务器发送请 求，当浏览器输入一个开始文件或点击了一个超链接时，浏览器就向服务器发送了h t t p 请求， 此请求被送往由i p 地址指定的u r l 。驻留程序接收到请求，在进行必要的操作后回送所要求 的文件。 ( 4 ) u r l ( u n i v e r s a lr e s o u r c el o c a t o r ，统一资源定位器) 在w e b 上任何可用资源一h t m l 文档，图象，影像，程序等等一都有一个地址可被统一资 源定位器解码，或缩写为u r l 1 。在基于w e b 的分布式系统表示层中，向服务器请求的资源便 通过u r l 来定位。 u r l 代表性的包含了三个部分： a 在w e b 上传输所使用的协议名称； b 主管资源的主机名称： c 资源本身的名称( 用路径表示) 。 ( 5 ) 脚本语言( s c r i p tl a n g u a g e ) 在目前的网页应用中，对脚本的编写几乎无处不在，脚本语言的出现为在网页中使用各种 技术提供了了有力的支持。对于动态h t 慨来说尤为如此。在m 舰文件中可以直接嵌入脚本， 脚本可以直接对浏览器的对象模型进行操作，同时可以对用户的操作做出反映。例如，脚本函 数可以要求用户输入信息，然后在与服务器通信之前验证该信息是否正确。脚本函数还可以执 行诸如播放一段声音文件等操作。 4 西安建筑科技大学硕士学